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研究发现:低空磁重联可能是木星极光的驱动力

前瞻网    2021-09-27 17:20

 

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朱诺号是NASA环绕木星的太空探测器。在木星云顶上方不到2个类木行星半径的磁重联事件,可以解释为什么朱诺号还没有观测到木星极光的来源。

与地球一样,木星的磁场将带电粒子引入其大气层,导致在其两极附近形成明亮的极光。然而,木星极光的亮度和种类,超过了地球上产生的极光。那些来自比主要极光更近的发射斑块,这一特征木星的情况比地球或土星更明显。

极地地区的发射可能是转瞬即逝的,持续几分钟,有时甚至只有几秒钟。极地极光区可以进一步划分为三种形态。最小发射的“黑暗”区域,强烈发射的“活跃”区域,以及在最高纬度的湍流发射的“漩涡”区域。

美国宇航局的朱诺号航天器已经探测到了可以解释主要发射的向下粒子通量。然而,还没有发现可以解释大部分极地辐射的这种通量,特别是那些来自漩涡区域的辐射。Masters等研究人员提出了一个朱诺号尚未观测到的机制:发生在木星上方不到2个类木行星半径的磁重联事件。

研究人员进行了一维磁流体力学建模,以跟踪木星极地附近的单个磁场线的演变。他们从行星大气层顶部开始,并从该点延伸到2个类木行星半径的区域进行建模。这个区域完全位于任何现存的航天器观测之下。

在等离子体中移动的波从上面进入模型域,这些波的传播具有使理想化的磁场线从完全垂直的位置偏移的作用。这是一个很小的影响,大约为0.01°,但它可能足以启动相邻场线之间的磁重联事件。

在重联过程中,相邻的场线断裂,并以一种能量上更有利的配置进行重组。这个过程释放了储存在场内的能量,这些能量被附近带电粒子的加速带走。研究者认为,下行的高能电子可能是木星极地极光中漩涡区的来源。这种效应在地球或土星上并不重要,因为它们的磁场较弱。木星的磁场要强一个数量级以上,而重联率的增加大约是这个数值的平方。因此,木星有强大的极地极光,而地球和土星则没有。

题为“Magnetic Reconnection Near the Planet as a Possible Driver of Jupiter’s Mysterious Polar Auroras”的相关研究论文发表在《地球物理研究杂志:空间物理》上。

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责任编辑: 3976DBC

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