近日,科学家首次在距地球18光年远的天琴座内发现一颗带有强大极光的褐矮星。这颗褐矮星被称为“LSR J1835+3259”,它的极光比木星强大1万倍,也比地球极光亮100万倍,这项发现被发表在了《自然》杂志上。
和地球多呈现绿色的极光不同,这颗褐矮星的极光是红色的,这是因为带电粒子与其大气里富含的氢发生相互作用,如果在地球上,绿色极光主要由太阳风带来的带电粒子与地球大气的氧发生相互作用产生。
“LSR J1835+3259”于2003年被公布,地面人员利用望远镜发现这颗褐矮星自转周期约3小时,这是我们第一次看到褐矮星极光,它与地球的极光有着许多不同之处。
褐矮星是介于行星与恒星之间的气态天体,质量上下限约在木星的13倍-75倍。因为质量不够大,不足以在核心发生聚变反应被为“失败的恒星”,大部分类型的褐矮星以人眼来看是洋红色的。
一颗围绕褐矮星公转的类地行星上看褐矮星的艺术想象图,这是一个由类似我们太阳的恒星和褐矮星组成的星系。
我们的木星如果质量足够大,大到目前13倍也会成为褐矮星。但木星即使没有成为褐矮星,它所拥有的磁场和极光规模也是太阳系最大的。在我们太阳系里,许多行星和卫星都被观察到极光的存在。
这是地球上的极光,拍摄于冰岛,同时可以看到美丽的银河与瀑布。
地球上的极光是在两极附近的天空中,带电的高能粒子和高层大气中的原子碰撞造成的发光现象。来自太阳风的带电粒子到达地球附近,地球磁场迫使其中一部分沿磁场线集中到两极附近。当它们进入极地的高层大气时,与大气中的原子和分子碰撞并释放光芒,形成围绕地球磁极的光圈,即极光。
南极洲上空的极光,拍摄于2013年。
通常极光出现时呈现弥漫性的发光或像飘动的"窗帘",大致向东西方向扩展,并不断的改变形态。地球的极光主要有红、绿二色是因为在热成层的氮和氧原子被电子激发,分别发出红色和绿色光。
在国际空间站拍摄的地球极光,拍摄于2011年。
极光最易出现的时期是春分和秋分两个节气来临之前,且春秋两季出现频率多于夏冬。另外,当太阳黑子较多或当太阳周期在日冕巨量抛射增加和太阳风强度增强时,极光出现的频率和亮度也会增加。当磁暴发生时,在较低的纬度也会出现极光。
欧空局“金星快车”也曾在金星上观测到极光,因为金星没有全球性的磁场,金星的极光呈现不同的形状和强度。
1967年金星4号发现金星有非常微弱的磁场,这个磁场是由太阳风和金星大气层直接交互作用产生,和地球完全不同,地球磁场来源于地核铁镍流体的涡电流。虽然金星和地球在质量与体积上相近,但两颗星球很多方面完全不同,是对“貌合神离”的姐妹。
2014年12月NASA的“火星大气与挥发物演化任务探测器(MAVEN)”在火星北极附近发现了极光,左上角图片里紫色区域是火星极光覆盖的范围。图片显示,极光遍布火星的北部地区。而早在2004年,欧空局“火星快车”号上的SPICAM仪器已检测到火星极光。
这是哈勃太空望远镜拍摄的木星极光,木星的极光亮度超过地球的100倍。
木星极光产生的原因和地球不同,它是由木卫一表面火山喷发带来的带电粒子与木星自身的旋转交互作用形成的。木卫一表面火山释放带电离子和电子云,进入木星周边弥漫强磁场的区域,伴随木星快速旋转,木星磁场旋转作用下牵引木卫一物质环绕其周围,导致木星极地出现强电场,加速离子和电子产生极光。
“新视野”号2007年初拍摄的木星与木卫一照片,可以看到木卫一北极附近类似辉光的“极光”。由于木卫一几乎没有磁场,这种现象可能是木星强辐射与木卫一极其稀薄的大气层相互作用产生。
木卫三的磁层产生极光的效果图
比较特别的是,太阳系最大的卫星木卫三拥有自己的磁层,形成了一个嵌入木星磁场的小型磁层。木卫三磁层和木星磁场的相互影响与太阳风和地球磁场的相互作用在很多方面十分类似,而哈勃望远镜也观测到木卫三的极光,木星的磁场变化会使木卫三的极光前后摆动,并由此认为木卫三表面冰层下可能存在一个深超过100千米高电导率的地下海洋。
明年抵达木星轨道的“朱诺”号飞过木星极区的想象图
2016年8月,专门研究木星磁场与木星内部结构的朱诺号将抵达木星并进入环绕木星两极的轨道,在飞过木星两极上空时,朱诺号将会使用红外线和紫外线照相机近距离拍摄木星极光。
哈勃空间望远镜所拍摄的土星南极附近的极光
土星也有自己的极光,它由太阳风带来的带电粒子与土星磁场发生交互作用产生。土星极光可以持续存在约11个小时,这和土星的自转周期几乎相同。
哈勃太空望远镜2011年拍摄的天王星极光照片,这也是人类第一次远距离观察到这颗蓝色冰冷远日行星的极光。在天王星的两个磁极附近,有相对高度发达的极光。
天王星的磁场是奇特的,它的磁场轴相对于自转轴倾斜59°,而且在天王星南半球的表面,磁场强度低于0.1高斯,而在北半球强度高达1.1高斯。海王星也有一个相似的偏移和倾斜的磁场,这可能是冰巨星(天王星、海王星)的共同特点。
一种假说认为,不同于类地行星和气体巨星的磁场是由核心内部引发的,冰巨星的磁场是表面布满由水、甲烷、氨和硫化氢组成的液态海洋成为带电流体引起的,这个过程被称为“发电机效应”。
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