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地質地球所等揭示木星極光與低頻波動的相關性

2021-06-30 地質與地球物理研究所
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  木星擁有太陽系中最強的極光活動,其絢麗發光現象背后對應著豐富的空間等離子體過程,且不同位置的極光可以反應行星空間不同區域的物理過程。目前主流的木星極光產生機制是1979年由Hill提出來的“共轉破壞”驅動機制。該觀點認為,木星旋轉只能夠帶動靠近行星區域的磁層共轉,而距離較遠的磁層區域則難以維持共轉,從而在磁層中形成等離子體的剪切流,驅動環狀粒子沉降以形成極區主極光帶。在此后很長時間里,“共轉破壞”驅動機制被認為是標準的巨行星磁層電離層耦合驅動機制,隨后基于該理論發展出多個極光電流模型。然而,隨著觀測數據增多,研究人員發現越來越多與模型預測不同的觀測事實,對傳統極光電流模型提出了挑戰。迄今為止,由于缺少充分的木星極光和磁層聯合觀測,關于木星極光的產生機制之爭是木星磁層領域的研究焦點。

  在地球上,豐富的觀測數據清晰地顯示了阿爾芬波在極光驅動方面的重要作用,并逐漸改變了學界對木星極光驅動過程的認識。在木星上,有理論研究曾提出阿爾芬波在驅動木星極光方面的重要意義(Saur et al., 2018)。此后,科學家使用朱諾號飛船觀測數據研究阿爾芬擾動和極光的關系,發現在朱諾號飛掠極光區域的時候,可以看到阿爾芬擾動的增強,但該研究未涉及直接的極光觀測資料,因此只能證明該區域存在阿爾芬波,而不能提供阿爾芬波與極光輻射強度的關聯。

  中國科學院地質與地球物理研究所博士后潘東曉與堯中華、魏勇,以及比利時列日大學太空中心主任、教授Denis Grodent和研究員Bertrand Bonfond等人,設計并利用哈勃太空望遠鏡對木星極光的觀測數據,配合朱諾號飛船在木星磁層中的磁場探測數據,直接從這兩方面的觀測出發,研究木星極光與阿爾芬波動的關聯。在木星上,阿爾芬波動的周期一般在幾十分鐘,因此該工作選擇周期在1-60分鐘的低頻阿爾芬擾動進行研究。研究顯示,極光輻射越強的事件對應的波動強度越強,二者有很好的相關性(如圖)。該結果從統計的角度首次直接證實了阿爾芬波與木星極光的關聯,為阿爾芬波驅動木星極光這一理論框架提供了觀測證據。

  相關研究成果發表在Geophysical Research Letters上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項(A類)、國家自然科學基金項目和中科院地質地球所重點部署項目等的支持。

木星極光功率與阿爾芬波動強度的關系

打印 責任編輯:閻芳

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