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火星上的质子极光发生在白天并发出紫外线:杀灭病毒值得关注

已有 2281 次阅读 2022-7-13 10:36 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

                       火星上的质子极光发生在白天并发出紫外线:杀灭病毒值得关注

                                                               吉林大学:杨学祥,杨冬红

关键提示

       据外媒报道,一项新研究追踪了木星极光中壮观的“紫外线风暴”的生命周期,这些极光是由其卫星木卫一的带电粒子产生的。研究作者称,这些“风暴”由环绕木星两极的椭圆形极光活动的黎明一侧的增亮和扩大组成,其演变模式令人惊讶地让人联想到地球极地天空熟悉的极光,称为极光亚暴。

       事实上,火星上也有发出紫外线的白天极光。

       美国国家航空航天局(NASA)的MAVEN探测器于2016年首次在火星上发现了一种极光,根据最新的探测结果,这种极光实际上是火星上最常见的极光。极光被称为质子极光,可以帮助科学家跟踪火星大气中的水分流失。

       在地球上,极光通常被认为是极地附近夜空中五颜六色的光,它们也被称为北极光和南极光。然而,火星上的质子极光发生在白天,并发出紫外线,所以人类肉眼是看不见的。

       不同的现象会产生不同种类的极光。然而,所有在地球和火星极光是由太阳活动,无论是爆炸的高速粒子称为太阳风暴,火山喷发的气体和磁场称为日冕物质抛射,或阵风在太阳风,一连串的导电气体吹不断进入太空在每小时一百万英里。例如,当强烈的太阳活动扰乱地球的磁气圈时,地球上的南北光就会发生,导致高速电子撞击地球夜晚上层大气中的气体粒子并使它们发光。类似的过程产生了火星上的离散极光和弥散极光——这两种类型的极光以前曾在火星的夜晚观测到过。

       首先,太阳风质子以高速接近火星,并在火星周围遇到一团氢气。质子从火星氢原子那里夺走一个电子,从而变成中性原子。由于中性粒子不受磁场的影响,原子会通过环绕火星的磁障波冲击。最后,氢原子进入火星大气层,与气体分子碰撞,使原子发出紫外线

       当太阳风质子(被高温剥夺了孤电子的氢原子)与火星白天的上层大气相互作用时,就形成了质子极光。当它们接近火星时,来自太阳风的质子通过从位于火星氢冕外层边缘的氢原子那里窃取电子而转变成中性原子。当这些高速进入的原子撞击大气时,它们的一些能量以紫外线的形式发射出来。

         同样,地球上也存在白昼和黑夜的极光,其中的紫外线对病毒有消杀作用。

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关注美国国家航空航天局(NASA)的MAVEN探测器于2016年首次在火星上发现了一种极光,根据最新的探测结果,这种极光实际上是火星上最常见的极光。极光被称为质子极光,可以帮助科学家跟踪火星大气中的水分流失。

       在地球上,极光通常被认为是极地附近夜空中五颜六色的光,它们也被称为北极光和南极光。然而,火星上的质子极光发生在白天,并发出紫外线,所以人类肉眼是看不见的

MAVEN的任务是调查这颗红色星球是如何失去大量的大气和水的,将它的气候从一个可能有生命存在的地方转变成一个寒冷、干燥、不适宜居住的地方。由于质子极光是由来自火星水间接产生的,而火星水正处于向太空流失的过程中。

“在这项利用MAVEN/IUVS多年火星数据的新研究中,研究小组发现,大气逃逸增加的时期与质子极光出现和强度的增加相对应。也许有一天,当行星际旅行变得司空见惯时,在南半球的夏天到达火星的旅行者将会坐在前排,观看火星质子极光。这些旅行者将亲眼目睹火星最后阶段的水流失到太空。

不同的现象会产生不同种类的极光。然而,所有在地球和火星极光是由太阳活动,无论是爆炸的高速粒子称为太阳风暴,火山喷发的气体和磁场称为日冕物质抛射,或阵风在太阳风,一连串的导电气体吹不断进入太空在每小时一百万英里。例如,当强烈的太阳活动扰乱地球的磁气圈时,地球上的南北光就会发生,导致高速电子撞击地球夜晚上层大气中的气体粒子并使它们发光。类似的过程产生了火星上的离散极光和弥散极光——这两种类型的极光以前曾在火星的夜晚观测到过。

这个动画展示了火星上的质子极光。首先,太阳风质子以高速接近火星,并在火星周围遇到一团氢气。质子从火星氢原子那里夺走一个电子,从而变成中性原子。由于中性粒子不受磁场的影响,原子会通过环绕火星的磁障波冲击。最后,氢原子进入火星大气层,与气体分子碰撞,使原子发出紫外线。

当太阳风质子(被高温剥夺了孤电子的氢原子)与火星白天的上层大气相互作用时,就形成了质子极光。当它们接近火星时,来自太阳风的质子通过从位于火星氢冕外层边缘的氢原子那里窃取电子而转变成中性原子。当这些高速进入的原子撞击大气时,它们的一些能量以紫外线的形式发射出来。

质子火星极光的图像。MAVEN的成像紫外光谱仪观察火星的大气层,使图像的中性氢原子和质子的极光同时(左)。观察在正常情况下显示磁盘上的氢和延长地球的大气层从阴面上的优势(中间)。质子极光是可见的重大光明肢体和磁盘(右);中性氢减去的贡献。

当MAVEN团队第一次观察到质子极光时,他们认为这是一个相对不寻常的现象。“一开始,我们认为这些事件相当罕见,因为我们没有找到正确的时间和地点,”科罗拉多大学博尔德大气与空间物理实验室(LASP)的研究科学家、该研究的第二作者迈克·查芬(Mike Chaffin)说。“但经过更仔细的观察,我们发现质子极光在南方夏季白天观测中出现的频率远远高于我们最初的预期。研究小组发现,质子极光只占白天观测的14%,而当只考虑夏季白天观测时,这一比例上升到80%以上。相比之下,IUVS在火星轨道上探测到的弥漫性极光只占有利几何形状的一小部分,而在数据集中,离散的极光探测就更少见了。

与南方夏季的相关性提供了一个线索,解释为什么质子极光如此普遍,以及它们如何被用来跟踪水分流失。在火星南部的夏季,这颗行星在其轨道上离太阳最近的距离也很近,可能会发生巨大的沙尘暴。夏季变暖和尘埃活动似乎会迫使大气中的水蒸气升高,从而导致质子极光。太阳紫外线把水分解成氢和氧。轻氢受火星引力的束缚较弱,增强了火星周围的氢冕,增加了氢对太空的损失。日冕中更多的氢使得与太阳风质子的相互作用更加普遍,使得质子极光更加频繁和明亮。

休斯说:“创造火星质子极光所需的所有条件(例如太阳风质子、扩展的氢大气和缺乏全球偶极磁场)在火星上比创造其他类型极光所需的条件更普遍。””同时,MAVEN的观察之间的连接增加大气逃逸和增加质子极光频率和强度意味着质子极光可以被用作代表氢电晕火星周围发生了什么,因此,代表的时候增加大气逃逸和水损失。”

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1652761881098920599


木星壮观的紫外线“黎明风暴”极光与地球的极光存在相似之处

2021年03月22日 08:10 985 次阅读 稿源:cnBeta.COM 

据外媒报道,一项新研究追踪了木星极光中壮观的“紫外线风暴”的生命周期,这些极光是由其卫星木卫一的带电粒子产生的。研究作者称,这些“风暴”由环绕木星两极的椭圆形极光活动的黎明一侧的增亮和扩大组成,其演变模式令人惊讶地让人联想到地球极地天空熟悉的极光,称为极光亚暴。

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新的研究是第一个跟踪风暴从它们在这颗巨大行星的黑夜一侧诞生到它们的全面进化的研究。它于2021年3月16日发表在《AGU Advances》杂志上。

在“黎明风暴”期间,木星安静而有规律的极光弧会转变为复杂而强烈明亮的极光特征。它在5-10个小时内,从黑夜一侧旋转到黎明一侧面,最终到白天一侧,向太空发射数百到数千吉瓦的紫外线。这种巨大的亮度意味着至少有十倍以上的能量从磁层转移到木星的高层大气中。

此前,“黎明风暴”只能从地球上的地面望远镜或哈勃太空望远镜上观测到,而哈勃太空望远镜只能提供极光的侧视图,无法看到木星的夜间一面。朱诺号每隔53天就会沿着高度拉长的轨道围绕木星运行,每一次运行都会使它正好在两极之上。

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"这是一个真正的游戏规则改变者,"来自列日大学的研究员和新研究的主要作者Bertrand Bonfond说。"我们终于找到了夜间发生的事情,黎明风暴的诞生地。"

地球的磁层是由太阳流出来的带电粒子形成的,称为太阳风。太阳风的爆发将地球的磁场在地球的黑夜一侧延伸成一条长长的“尾巴”。当这条“尾巴”折回时,它将带电粒子发射到黑夜一侧的电离层中,这就出现了壮观的极光。

新研究发现,木星上黎明风暴的时间与太阳风波动并不相关。木星的磁层主要是由其火山卫星木卫一逸出的粒子所构成,然后这些粒子被木星的磁场电离并困在木星周围。这两个磁层的质量和能量来源根本不同,导致极光通常看起来很不一样。然而,朱诺号的紫外光谱仪所揭开的曙光风暴,在研究人员看来却很熟悉。


"当我们观察整个黎明风暴序列时,我们不禁注意到木星的黎明风暴极光与一种被称为亚暴的地球极光非常相似。"该研究的共同作者、列日大学的科学合作者姚中华说。

亚暴是磁层尾部爆炸性重组的结果。在地球上,它们与太阳风的变化和行星际磁场的方向密切相关。在木星上,这种爆炸性重组与源自木卫一的等离子体的过度溢出有关。

这些发现表明,无论其来源如何,粒子和能量并不总是在行星磁层中顺利循环。它们往往会累积到磁层崩溃,并在行星极光中产生类似亚暴的反应。

"即使它们的来源是不同的,但首次展示了这两个非常不同的系统之间的联系,使我们能够从每个行星特有的特殊性中识别出普遍现象,"Bonfond说。

https://www.cnbeta.com/articles/science/1104635.htm

NASA新研究:木星“紫外线风暴”由其等离子体与太阳风产生

科幻网发布于 2021-03-30 11:17

最近,NASA的朱诺(Juno)探测器发现木星上一个极光特征。一项新研究描述了木星环状极光特征,其中最大的环状极光直径约为2000公里。研究员表示,这些环状极光迅速膨胀称为“紫外线风暴”,其速度为每秒3.3到7.7公里。

与地球上一样,木星的极光特征与磁层中的带电粒子相联系。
科学家称:“这些新发现的‘紫外线风暴’来自木星以外数百万英里的地方,接近木星磁层与太阳风的边界。太阳风是一种由太阳发射的超音速带电粒子流。当它们到达木星时,它们会与木星的磁层发生相互作用,但这种作用目前还不太清楚。”
木星的磁层强度是地球的2万倍,以至于这个巨大的气体能使200万到300万英里以外的太阳风发生偏转。木星10小时的快速旋转在很大程度上是其磁层内带电粒子运动的原因,但太阳风的作用仍有争议。
朱诺号飞船对木星进行更近距离的观察。自2016年以来,朱诺号一直在环绕木星的轨道上运行,并配备了紫外光谱仪,它探测到“紫外线风暴”,这是迄今为止人们从未发现过的。
这些带电粒子似乎是从磁层的外层发出的。研究人员表示:“这些‘风暴’的高纬度的位置表明,导致辐射的粒子来自遥远的木星磁层,靠近其与太阳风的边界。”
研究人员称,由于木星等离子体与太阳风的相互作用,可能会形成波浪状特征(技术上称为开尔文-亥姆霍兹不稳定性)。这些不稳定性是在横波速度存在的情况下发生的,这与水上的风如何触发波浪形成过程类似。但是,在这种情况下,相互作用会产生沿着磁场线运动的粒子束,粒子束又形成环形极光。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/360964582




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