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您有一封来自天王星的“信”

2021-04-01 12:26 前瞻网   

天文学家利用美国宇航局(NASA)的钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory),首次探测到来自天王星的X射线。这一结果可能会帮助科学家更多地了解太阳系中这颗神秘的冰巨星。

天王星是太阳星八大行星中的第七颗行星,位于土星和海王星之间,其赤道周围有两组环。这颗行星的直径是地球的四倍,是“八兄弟”中唯一一颗“躺着”旋转的行星,这使得它与太阳系中的其他行星都有所不同。目前天文学家依靠离地球更近的望远镜,如钱德拉和哈勃太空望远镜,来了解这颗几乎完全由氢气和氦气组成的遥远而寒冷的行星。

这篇由英国伦敦大学学院、法国马赛大学和巴黎天文台、中国科学院以及美国哈佛和史密森尼天体物理学中心共同合作的研究论文发表在最近一期的《地球物理研究杂志》上,题为A Low Signal Detection of X‐Rays From Uranus。

研究人员利用2002年和2017年再次在天王星拍摄的钱德拉观测数据。他们从最近刚刚分析的第一次观测中看到了清晰的X射线探测,而在15年后获得的那些观测中,可能出现了X射线的耀斑。下图中显示的是2002年天王星的钱德拉X射线图像(粉红色)叠加在2004年另一项研究中获得的凯克-I望远镜的光学图像上。后者显示的是这颗行星与2002年钱德拉观测时大致相同的方位。

您有一封来自天王星的“信”

(图片来自:X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; Optical: W.M. Keck Observatory)

是什么原因会导致天王星发射X射线?主要是太阳。天文学家观察到,木星和土星都会散射太阳发出的X射线光,类似于地球大气层对太阳光的散射。虽然天王星新研究的作者最初预计,大部分被探测到的X射线也是来自散射,但观测结果暗示至少还有一种X射线的来源。如果进一步的观测证实了这一点,对天王星的认知可能会产生耐人寻味的影响。

一种可能是天王星环本身就在产生X射线,土星环的情况就是如此。天王星在其附近的空间环境中被电子和质子等带电粒子所包围。如果这些高能粒子与星环相撞,可能会导致星环在X射线中发光。另一种可能是,至少有一些X射线来自天王星上的极光,这种现象之前在这颗行星上已经在其他波长的地方观察到了。

在地球上,我们可以看到天空中五颜六色的光秀,称为极光,这是在高能粒子与大气层相互作用时发生的。X射线在地球的极光中发射,是由高能电子沿着地球的磁场线传到两极后,被大气层减速而产生的。木星也有极光。木星上的极光所产生的X射线有两个来源:电子沿着磁场线行进,就像在地球上一样,还有木星两极地区雨点般落下的带正电的原子和分子。然而,科学家们对天王星上极光的成因不太确定。钱德拉的观测可能有助于弄清这个谜团。

天王星是一个特别有趣的X射线观测目标,因为它的自转轴和磁场的方向不同寻常。太阳系其他行星的自转轴和磁场轴几乎垂直于其轨道平面,而天王星的自转轴却几乎平行于其绕太阳的路径。此外,虽然天王星是侧倾的,但它的磁场却有不同程度的倾斜,并与行星中心发生偏移。这可能导致其极光异常复杂多变。确定天王星X射线的来源,可以帮助天文学家更好地了解太空中更多的奇异天体,如生长中的黑洞和中子星,是如何发出X射线的。

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责任编辑: 4114RWL

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