韦伯望远镜捕捉到木星“不可能”极光，天文学家直呼看不懂

2023 年圣诞节，科学家们将詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对准木星极光，成功捕捉到一场美轮美奂、令人目眩神迷的灯光盛宴。

研究人员借助 JWST 的红外相机，对木星巨大极光中瞬息万变的特征展开细致观察。依据5月12日发表于《自然通讯》的一项研究，这些发现或许能助力科学家揭开木星大气层加热与冷却机制的神秘面纱。

“这简直是上天赐予的绝佳圣诞礼物，完全超乎我的想象！”该研究的合著者、英国莱斯特大学专注于极光研究的乔纳森·尼科尔斯研究员在一份声明中感慨道。“我们本想探究极光变化的快慢程度，预计它会像浓墨重彩般缓缓显现又逐渐消散，整个过程或许要持续一刻钟左右。然而，实际观测到的却是整个极光区域光芒闪烁、跃动不息，有时甚至每秒钟都在发生改变。”

极光，是当太阳释放的高能带电粒子撞击行星大气中的气体，致使气体发光而形成的自然奇观。木星拥有强大的磁场，它就像一个巨大的“吸尘器”，从太阳风以及高度火山活动的卫星木卫一的喷发中汲取带电粒子，如电子等，并将它们导向木星的两极。在那里，极光绽放出比地球北极光还要明亮数百倍的璀璨光芒。

在这项新研究中，研究团队将目光聚焦于三氢阳离子 H₃⁺发出的红外光。当高能电子在木星大气层中与氢原子相遇时，这种分子便会在木星极光中诞生。它所发出的红外辐射会将热量从木星大气层中带出，但同时，该分子也极易被快速移动的电子破坏。截至目前，地面望远镜的灵敏度尚不足以精确测定 H₃⁺在木星大气层中的“存活”时长。

不过，借助 JWST 的近红外相机，研究团队发现 H₃⁺的排放量变化远超预期。他们发现，H₃⁺在木星大气层中大约能“存活”两分半钟，随后便会被摧毁。这一发现有助于科学家厘清 H₃⁺对木星大气层冷却作用的影响程度。

然而，科学家们的探索之路并非一帆风顺，仍有诸多谜团待解。当他们同时将哈勃太空望远镜对准木星时，获取到了一些令人费解的数据。哈勃捕捉到的是极光发出的紫外线，而 JWST 捕捉到的是红外光。

“奇怪的是，韦伯望远镜观测到的最亮光斑，在哈勃拍摄的照片中竟找不到对应的痕迹。”尼科尔斯在声明中说道。“这着实让我们一头雾水。要实现韦伯望远镜和哈勃望远镜所观测到的亮度组合，需要大量能量极低的粒子同时撞击大气层，这在以往被认为是不可能发生的事情。我们至今仍不明白这背后的原理。”

展望未来，研究人员计划利用更多 JWST 数据，并结合 NASA 朱诺号宇宙飞船自 2016 年以来对木星的轨道观测数据，深入探究这种意外现象的成因。

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