研究:低空磁重联可能是木星神秘极光的驱动因素

据外媒报道,在行星云顶上方不远处的磁重联事件或许可以解释为何“朱诺号”还没有观测到木星极光的来源。与地球一样,木星的磁场将带电粒子导入其大气层,导致在其两极附近形成明亮的极光。然而,木星极光的亮度和种类超过了我们星球上产生的极光。特别令人感兴趣的是那些来自于比主要极光更近的发射斑块,这一特征在木星显得比地球或土星强得多。

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极地地区的发射可能是转瞬即逝的,持续几分钟,有时甚至只有几秒钟。极地极光区可以进一步划分为三种形态:最小发射的"黑暗"区域,强烈发射的"活跃"区域,以及在最高纬度的湍流发射的"漩涡"区域。

美国宇航局(NASA)的“朱诺号”航天器已经探测到了可以解释主要发射的向下的粒子通量。然而,还没有发现可以解释大部分极地辐射的这种通量,特别是那些来自漩涡区域的辐射。科学家提出了一个“朱诺号”尚未观测到的机制:发生在木卫二云顶上方不远处的磁重联。

作者进行了一维磁流体力学建模,以跟踪木星极地附近的单个磁力线的演变。他们对从行星大气层顶部开始并从该点延伸到2个木星半径区域进行建模。这个区域完全位于任何现存的航天器观测之下。

在等离子体中移动的波从上面进入模型域,由行星磁层中更远处的相互作用产生。这些波的传播具有使理想化的磁力线从完全垂直的位置偏移的作用。这是一个很小的影响,大约为0.01°,但它可能足以启动相邻磁力线之间的磁重联事件。

在重联过程中,相邻的磁力线断裂,并以一种能量上更有利的配置进行“重组”。这个过程释放了储存在场内的能量,这些能量被附近带电粒子的加速带走。作者认为,下行的高能电子可能是木星极地极光中漩涡区的来源。

最后,作者认为,这种效应在地球或土星上并不重要,因为它们的磁场较弱。木星的磁场要强一个数量级以上,而重联率的增加大约是这个数值的平方。因此,木星有强大的极地极光,而地球和土星则没有。

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