罕见的海王星中纬度极光终于在韦伯的强力注视下出现
站长云网海王星通常被视为一颗宁静的蓝色球体，偶尔会出现毫无征兆的黑点。但现在，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一些全新的事物：一个明亮、发光的极光在海王星大气层中闪闪发光，首次以令人惊叹的红外细节捕捉到。
美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜首次清晰地捕捉到海王星上明亮的极光。极光的形成是因为高能粒子（通常来自太阳）被行星的磁场捕获，并与行星的高层大气相撞，产生耀眼的光芒。
天文学家此前曾在海王星上看到过极光活动的迹象，包括1989年美国宇航局的旅行者2号飞掠海王星时。但与木星、土星和天王星不同，海王星的极光一直无法确认和成像，这使海王星成为最后一颗没有这种现象直接证据的巨行星。
“事实证明，只有借助韦伯望远镜的近红外灵敏度，才有可能真正对海王星上的极光活动进行成像，”这项研究的主要作者、诺森比亚大学的亨里克·梅林(HenrikMelin)说，他在莱斯特大学期间进行了这项研究。“不仅能看到极光，而且其特征的细节和清晰度也让我震惊。”
这些数据是2023年6月使用韦伯近红外光谱仪获得的。除了行星图像外，天文学家还获得了光谱，以表征行星上层大气（电离层）的成分并测量其温度。他们首次发现了一条极为突出的发射线，表明存在三氢阳离子(H 3 + )，这种阳离子可以在极光中产生。在韦伯拍摄的海王星图像中，发光的极光以青色斑点的形式出现。
“H 3 +是所有气态巨行星（木星、土星和天王星）极光活动的明显标志，多年来，我们利用现有的最佳地面设施对海王星进行了研究，预计也会在海王星上看到同样的现象，”天文学研究大学协会的海蒂·哈默尔(HeidiHammel)解释道，她是韦伯跨学科科学家，也是获得数据的保证时间观测计划的负责人。“只有借助韦伯这样的机器，我们才能最终得到证实。”
海王星上看到的极光活动也与我们在地球上看到的，甚至木星（见上图）或土星（见下图）上看到的极光活动有明显不同。海王星的极光并不局限于该星球的北极和南极，而是位于该星球的地理中纬度——想想地球上南美洲的位置。
这是由于海王星磁场的奇特性质所致，该磁场最初由旅行者2号于1989年发现，与行星自转轴倾斜47度。由于极光活动发生在磁场汇聚到行星大气层的地方，因此海王星的极光远离其自转极点。
海王星极光的突破性探测将帮助我们了解海王星磁场如何与从太阳流向太阳系遥远区域的粒子相互作用，这是冰巨星大气科学的一个全新窗口。
通过韦伯观测，研究小组还首次测量了自旅行者2号飞越以来海王星大气层顶部的温度。结果暗示了为何海王星的极光如此长时间未被天文学家发现。
“我非常惊讶——海王星的高层大气温度已经降低了几百度，”梅林说。“事实上，2023年的温度仅为1989年的一半多一点。”
多年来，天文学家一直根据旅行者2号记录的温度来预测海王星极光的强度。温度大幅降低会导致极光变得更加暗淡。这种低温可能是海王星极光如此长时间未被发现的原因。急剧的冷却也表明，尽管海王星与太阳的距离是地球的30倍以上，但大气层的这一区域可能会发生巨大变化。
有了这些新发现，天文学家现在希望利用韦伯望远镜研究海王星的整个太阳周期，即由太阳磁场驱动的11年活动期。研究结果可以深入了解海王星奇特磁场的起源，甚至可以解释其倾斜度如此之大的原因。
“当我们展望未来并梦想着未来对天王星和海王星的探测任务时，我们现在知道，拥有能够适应红外波长的仪器对于继续研究极光有多么重要，”论文合著者、莱斯特大学的利·弗莱彻补充道。“这座天文台终于打开了一扇窗户，让我们得以看到这扇窗户，...
这些观测由弗莱彻领导，是哈默尔保证时间观测计划1249的一部分。该团队的研究成果已发表在《自然天文学》杂志上。
编译自/ScitechDaily
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