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神秘极光,奇特冰巨星,天王星的面纱终被揭开?

天文在线

2022-08-12 13:13四川

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红外光谱成像,自转周期匹配观测,天王星的神秘极光图能否被一窥奥妙?

科学家绘制了迄今为止最详尽的天王星神秘极光地图

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天王星上的极光以意想不到的方式运转。(图片来源: 莱斯特大学)

科学家首次利用红外光谱拍摄了整颗天王星,希望借此揭开这颗行星有关其神秘极光和奇异磁场的面纱。

由英国带领的团队在上周公开直播的三天活动中做到了这一点,举世见证。来自英国莱斯特大学的科学家们借助了美国宇航局在夏威夷的红外望远镜设备对这颗绕日运行距离是地球19倍的奇怪冰巨星进行了观测。

就像在地球上一样,天王星上的极光是受太阳风(由太阳发射出的带电粒子流)与行星磁场间的相互作用引起的。但由于天王星和我们的星球有诸多不同,这些极光和地球上著名的北极光、南极光呈现出很大的差异。

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例如,天王星旋转的轴几要垂直于太阳。这意味着这颗行星基本上是在其一侧绕日旋转,而两极则几乎直面恒星持续了整整四分之一的行星年,延续了84个地球年。

此外最重要的是,天王星的磁极与其地理极不一致,并非与地球、木星或土星一般,而是倾斜了60度。因此,天王星的极光不会照亮两极上空,而是落脚在非常奇怪的地方。

“北极光实际上是从北半球向赤道延伸,甚至会经过南半球。”负责这次观测的莱斯特大学天文学博士生艾玛 · 托马斯告诉《太空网》,“如果你想绘制极光地图,不能只看行星的顶部,而必须看遍它的整个表面。”

为了拍摄整颗天王星的表面,科学家们将观测配比成三个八小时的窗口期,分三天进行。

他们必须计算每个观测窗口的时间,以便与天王星17小时的自转周期相匹配。一旦结合这些数据,将得到最详细的遥远行星表面的红外光谱图。

“我们想知道天王星上哪里是明亮的部分。”托马斯说,“天王星本身将在当日的辉光中被照亮。而任何高于这个水平的东西,都是由内部热过程或者极光引起的。通过测量天王星上方的粒子密度,我们就能辨别主因是什么。”

科学家运用红外光谱对冰巨星天王星进行了最详细的测量。(图片来源: 莱斯特大学)

此前,天王星的表面只能在紫外光谱中成像。1986年,美国宇航局执行旅行者2号任务时曾短暂地掠过这颗行星,拍摄了第一张也是迄今为止唯一一张这颗奇怪行星表面和周围环境的近距离照片。在2011年,哈勃空间望远镜首次在天王星表面上探测到了极光,发现每一个覆盖的区域都比地球要大。

“但科学家对这些极光和它背后的驱动力仍知之甚少。”托马斯说。

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“我们依旧未完全了解天王星的磁层及其与太阳风相互作用的现象。” 托马斯接道。磁层是行星周围的一个区域,受磁场所支配。“通过绘制极光图,我们可以更好地掌握太阳风与磁层的相互作用情况,从而更好地了解磁力线是如何定位的。”

2017年的一项研究表明,科学家们了解到天王星上的磁场在以一种相当奇怪的方式运行,它的磁力线在一天之内频繁断开却又重新接合。

了解这些极光是如何在一日内瞬息转变,可以为研究这个不稳定磁场的运行机制提供新的见解,托马斯如此言。

然而,极光不仅跟着一天中的时间在变化,还伴随一年中的季节而变,这取决于行星的哪一面当下被太阳照亮,哪一面又沉溺在黑暗中。但是因为天王星绕日一周需要84个地球年,科学家们对这些季节性变化的了解,只能凭借极其缓慢的进度建立起来。

“目前,我们只有大约一个季度的天王星价值数据,”托马斯谈及,“我们此刻以及未来20到40年间所能收集到的一切信息,对于能够完全理解这颗星球的极光是如何运作的有至关重要的作用。”

BY: Tereza Pultarova

FY: 暗号贰幺肆

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