NASA的韦布望远镜揭示木星极光的新细节与未解之谜

NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）拍摄到了太阳系最大行星，木星上极光的最新细节。与地球上的极光相比，木星上的“极光舞蹈”要亮数百倍。借助韦布望远镜的先进灵敏度，天文学家们对这一现象进行了深入研究，以更好地了解木星的磁层。

极光是如何形成的？

极光是高能粒子进入行星大气层，在磁极附近与气体分子或原子碰撞产生的发光现象。地球上的极光有北极光和南极光，通常由太阳风暴引发，太阳释放的带电粒子冲击地球高层大气，使气体发光，呈现出红、绿、紫等颜色。

而在木星，不仅极光的体积巨大，其能量也比地球上的高出数百倍。

图像A：木星北极极光特写

图像分为三个面板，显示了木星北极的近红外图像，色调为橙色。行星整体呈暗色，厚重明亮的极光弧和环覆盖在北极区域。右侧两个面板是稍后几分钟的连续拍摄，显示极光随着时间变化的动态特征。

这些图像于2023年12月25日由韦布望远镜的近红外相机（NIRCam）在3.36微米（F335M）波段拍摄。科学家发现，来自三氢阳离子（H₃⁺）的红外发射比以前认为的更加剧烈且快速变化。H₃⁺由高能电子撞击分子氢形成，在红外中极其明亮，正好适合韦布望远镜进行观测。

Credit:NASA, ESA, CSA, Jonathan Nichols (University of Leicester), Mahdi Zamani (ESA/Webb)

木星极光的“额外能源”，来自火山的卫星

与地球不同，木星的极光除了受到太阳风影响，还受到其自身强大磁场影响，它会捕捉周围空间的带电粒子，包括来自太阳风的，以及来自其火山活动剧烈的卫星，木卫一（Io）的粒子。木卫一火山喷发的粒子逃逸出卫星引力，进入环绕木星的轨道，成为极光的能量来源之一。

木星的强磁场会加速这些带电粒子，使它们以极高速度撞击大气，从而激发气体发光，形成极光。

图像B：木星整体极光图像（NIRCam图像）

图像右侧显示木星整体的近红外图像，云层呈深蓝和白色，部分云层内有红斑，南北极有绿色、黄色和红色光环。北极区域用橙色显示极光数据。左侧是该区域的放大图，标注为“2023年12月25日09:53:57”。

该图像由NASA韦布望远镜的NIRCam拍摄，用于显示极光的具体位置。科学家发现H₃⁺发射的变化远远超出预期，有助于理解木星上层大气如何加热和冷却。

Credit:NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatory of Paris), Leigh Fletcher (University of Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI), Jonathan Nichols (University of Leicester), Mahdi Zamani (ESA/Webb)

新发现：极光变化之快令人惊讶

英国莱斯特大学的乔纳森·尼科尔斯（Jonathan Nichols）领导了这项研究。

“这简直就是一份圣诞礼物——令人震撼！”

“我们原本以为极光可能在十几分钟内缓慢变化，结果看到的是整个极光区域在快速‘跳跃’和‘闪烁’，甚至每秒都在变化。”

尼科尔斯团队还发现一些无法解释的观测现象。

“更神奇的是，我们同时使用哈勃空间望远镜在紫外波段拍摄，但韦布拍到的最亮极光，在哈勃图像中并没有相应亮点。”

“这令人困惑。要让两个望远镜看到这样的组合亮度，需要大量低能粒子撞击大气，而这在以前被认为是不可能的。”

NASA韦布空间望远镜捕捉到了木星上令人震撼的极光景象。这些红外观测揭示了木星大气中出人意料的活动，挑战了科学家对其磁场和粒子相互作用的原有认识。结合哈勃望远镜的紫外数据，这些结果提出了关于木星极端环境的新问题。

研究团队计划继续研究哈勃与韦布数据之间的差异，并探讨其对木星大气层和空间环境的意义。他们还将使用NASA“朱诺号”探测器（Juno）的数据与韦布的新观测进行比对，深入研究这种神秘强光的成因。

这项研究成果已于今日发表于《自然·通讯（Nature Communications）》。

参考

[1]https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-new-details-mysteries-in-jupiters-aurora/

[2]https://www.nature.com/articles/s41467-025-58984-z