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[转载]除了地球其他行星有极光吗？
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2023-05-01 08:48
在太阳系内外，极光照亮了行星、卫星和各种其他天体的天空。极光的发射范围从X射线到无线电波长，是可以产生它们的无数相互作用的路标 - 否则很难想象的相互作用。
是什么原因导致地球上出现极光？
例如，太阳的太阳风充满了带电粒子，冲刷着地球和我们的保护性磁屏蔽层。但是，这种稳定的带电粒子微风将地球的磁场线拖过两极，使我们的磁层有一个类似彗星的尾巴，延伸到地球夜侧以外的阴影空间。
“磁尾就像一个炊具，可以加速来自地球空间的电子并将它们倾倒到极地地区，”美国宇航局戈达德太空飞行中心的空间物理学家Eftyhia Zesta告诉天文学。
地球磁场在地球周围形成一个保护性磁层。偶尔，如果太阳向地球喷射出强大的日冕物质抛射，我们星球的磁力线可以引导一些能量。
NASA/GSFC-Conceptual Image Lab/Walt Feimer （HTSI）
反过来，电子与大气粒子碰撞并产生足够的能量将它们提升到更高的能量状态。这些被激发的大气粒子在返回其原始能级时会发射可见光光子。
众所周知的绿色极光发生在电子与大约62英里（100公里）至186英里（300公里）之间的氧粒子碰撞时。更罕见的红色极光是地球大气层中高处电子 - 氧气碰撞的结果，海拔高度在约186英里（300公里）和248英里（400公里）之间。同时，极光的紫粉红色-红色边缘是电子氮撞击的工作。
而且，由于数十亿次间歇性闪光结合在一起形成极光，沿着不断移动的磁力线发生，极光带看起来就像在天空中“跳舞”。
当带电粒子撞击地球大气中的原子时，它会激发大气中的原子，然后在它们恢复到正常状态时发光。发出的光的颜色取决于大气分子是由什么元素组成的。
美国宇航局
地球的极光也不仅仅是一种夜间现象：在地球的白天，磁层中的质子与大气中的氢原子碰撞并发射X射线。不幸的是，我们的眼睛还没有进化到可以观察X射线，所以这些白天的极光对我们来说是不可见的。
“极光并不总是可见的，但它们仍然是一种光，”Zesta说。
地球的北极光和南极光并不是太阳系中唯一的极光。各种机制导致其他地方的极光。在某些情况下，在其他星球上产生极光的机制与地球上发生的事情相似。在其他情况下，它们完全不同。
水星上的极光？不，但是...
尽管有全球磁场，但水星的磁场强度仅为地球的1%。太阳系最内层的行星也有极其稀薄的大气层，因此它没有产生极光的正确要求。
左图：2021 5月13日，当水星钠尾亮度达到峰值时，天文摄影安德烈亚·亚历山德里尼（Andrea Alessandrini）通过2.5英寸的折射镜拍摄到了这张水星钠尾巴的照片。右图：Paul Robinson在一台ISO 3200的尼康D750单反相机上使用了300毫米镜头，在没有特殊滤镜的情况下拍摄到了这张令人惊叹的水星尾巴图像。这张照片是三次30秒曝光的合成照片。
左：安德里亚·亚历山德林;右：保罗·罗宾逊
尽管如此，一些太阳风确实渗入了水星的磁层，在那里它向下加速并与行星表面相撞，喷射出在阳光下发光的岩石物质（主要是钠）。一些天文摄影师甚至设法捕捉到了水星脆弱的钠尾巴的图像。
“这不是极光，但这是一个类似的过程，”波士顿大学空间物理学家卡尔施密特说。
金星上的极光？是的，但是...
金星没有显着的全球磁场，这意味着太阳风直接与金星大气中的粒子碰撞，如二氧化碳和氧气。这确实在金星上产生了极光，但与地球上产生极光的方式并不完全相同。
因为金星离太阳相对较近，所以它经历的太阳风要强烈得多。
C. 卡罗/欧空局
金星上的极光表现为微弱的紫外线和可见光闪光，包括在地球夜侧看到的绿色辐射，这表明存在激发的氧气。
火星上的极光？是的，但是...
这颗红色星球也显示了极光，尽管世界上没有全球磁场。但火星在南半球确实有局部磁层。
这些区域是由古老的岩石产生的，这些岩石在很久以前就保持磁性，当时火星有一个偶极子磁场。像在地球和金星上看到的氧气排放表明，未来访问火星的宇航员可以看到绿色极光。
MAVEN航天器的成像紫外光谱仪（IUVS）于2014年11月在火星北半球上空检测到极光发射，如这位艺术家的插图所示。
科罗拉多大学
但这还不是全部：火星也有日侧质子极光，当太阳风质子加速氢粒子到低层大气时，它们会与其他粒子碰撞。除了太阳风之外，来自太阳耀斑的高能质子和电子也在火星中纬度地区产生弥漫极光。
木星上的极光？是的。
在太阳系中的所有极光中，没有一个比木星更强大。这颗气态巨行星的巨大尺寸和快速的旋转产生了一个大约20，000倍于地球的磁层。木星的磁层加速电子深入气态巨行星的大气层。然后这些电子与氢等粒子碰撞，产生木星巨大的南北极光，这些极光闪烁着红色调。
木星的极光不仅巨大，而且永远不会停止。“如果你能关闭太阳风，地球就不会有极光，但木星会有，”施密特说。
哈勃太空望远镜捕捉到了木星两极强极光的远紫外观测，这张合成照片中可以看到。
美国宇航局/欧空局/J.尼科尔斯（莱斯特大学）
木星产生极光的大部分粒子来自木星的火山卫星木卫一，它在气态巨行星的磁层内运行并释放硫和氧气，导致壮观的绿色和橙色极光。木星的极光也在夜边的紫外线、红外线和可见光下被观测到。
这还不是全部。木星的磁层加速电子和质子进入其卫星的大气层，在那里它们与氧气（木卫二和木卫四）以及二氧化硫和盐（木卫一）等气体碰撞。这会产生一系列壮观的颜色，包括红色、绿色、橙色和混合色调。
土星上的极光？是的。
土星的主要极光椭圆形出现在土星的极地地区。这些极光被认为是像地球上一样由太阳风驱动的，也像木星一样由磁层驱动。土星大气中许多产生极光的粒子也来自其冰冷的卫星和环。
哈勃捕获了用于创建这种合成的图像，该合成显示土星的极光发射紫外线。
欧空局/哈勃，美国宇航局，A. Simon（GSFC）和OPAL团队，J. DePasquale（STScI），L. Lamy（巴黎天文台）
土星的极光主要发射紫外线。这是行星大气层由氢主导的结果，就像其他气态巨行星一样。
天王星上的极光？是的。
由于到天王星的距离 - 以及相对缺乏到行星的太空任务 - 冰巨人的极光并不像许多其他世界那样有充分的记录。但哈勃太空望远镜的观测已经证实，天王星确实有极光，可以在紫外线下产生辐射。
尽管数据有限，但天王星上的极光预计将是独一无二的，因为天王星在其侧面运行，其磁场相对于其自旋轴倾斜60度。“这使得几何形状与其他任何地方都不同，”施密特说。
这种复合材料结合了旅行者2号航天器和哈勃望远镜捕获的天王星观测结果。极光在两张照片中都被视为白色斑块，发生在倾斜的行星的南纬地区。
美国宇航局/欧空局
结果是太阳风和天王星磁层之间的相互作用变化很大，这可以将极光辐射散射到地球的大部分地区。
海王星上的极光：是的。
这颗冰巨行星不像天王星那样倾斜，但海王星的磁场也被偏移了大约50度。这导致类似于天王星的可变极光发射。预计这些极光也来自海王星的冰冷卫星，如海卫一和环。
太阳系外的极光？是的，而且...
正如你所料，太阳系并不是唯一拥有极光的地方。天文学家已经探测到太阳系外物体的无线电发射，这些发射似乎也是极光发射。该列表包括具有非常强磁场的太阳系外天体，例如褐矮星和红矮星（包括探测到我们第二接近的恒星比邻星的极光发射）。
在另一种情况下，天文学家认为他们已经在一颗巨大的流氓行星上检测到极光的无线电发射，该行星在没有主星的情况下漫游银河系。因为这颗行星不绕恒星运行，研究人员认为它必须拥有一颗卫星，像木卫一对木星一样为它提供带电粒子。
SIMP J01365663+0933473，以这位艺术家的概念显示，是一颗巨大的、附近的系外行星，具有强大的极光产生磁场。
加州理工学院/查克·卡特;NRAO/AUI/NSF
研究太阳系外物体的极光发射可能有助于揭示系外行星是否具有与地球相似的磁层。由于这样的磁层将保护这些世界免受太阳风和宇宙射线的影响，它们也可以在系外行星的潜在可居住性中发挥作用。
“通过研究极光，我们对太阳系中的行星和卫星了解了很多，”荷兰射电天文学研究所的天文学家Harish Vedantham说，“对太阳系外系统做同样的事情是令人兴奋的。
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