利用凯克望远镜的存档数据,天文学家首次确认寒冷天王星也存在红外线极光,可能揭示太阳系行星磁场背后奥秘,以及相似行星是否能支持生命存活。
天王星是太阳系的冰巨行星,大小约地球 4 倍,拥有近 30 颗卫星,具有科学研究价值,去年一份天文报告便表明探测天王星应该是未来 10 年“最优先的大型任务”。
今年我们在天王星身上发现数个新现象,包括特大天线阵首次在天王星北极区发现气旋、韦伯望远镜揭开天王星数道清晰环等,最近还多了一个红外线极光。
与地球极光形成机制一样,天王星极光也是太阳风带电粒子进入天王星大气层后,与行星磁场相互作用、沿着磁场线流向磁极而产生之现象,最大差别在于地球极光来自带电粒子和氧原子、氮原子碰撞,因此颜色主要呈红、绿、蓝,但天王星大气气体主要为氢气、氦气,因此天王星极光多落在人眼不可见的紫外线、红外线波长。
1986 年,NASA 航海家 2 号探测器第一次发现天王星的紫外线(UV)极光,但还未见过红外线(IR)极光,直到莱斯特大学团队检查凯克望远镜 NIRSPEC 仪器于 2006 年 9 月收集的数据,对 H3+ 离子进行新分析才揭露天王星红外线极光存在。
在红外光谱中,带电粒子 H3+ 发出的谱线亮度就像温度计,会根据粒子冷热度、大气层密度变化,而观测结果表明,当天王星大气中的 H3+ 密度明显增加,温度却几乎无异,与红外线极光引起的电离表现一致,首次证实这颗行星存在红外线极光。
由于极光与天王星大气层、磁场息息相关,这项发现让科学家发现天王星磁场其实有点混乱——不仅倾斜,还不对称;此外,也能解释为什么天王星距离太阳如此远,温度却比模型预测的还高数百度,原因之一便是高能量极光产生热量,并将热量向下推至赤道。
迄今为止,我们发现的多数系外行星都属于亚海王星类别,物理尺寸上与海王星、天王星相似,代表这些天体可能拥有类似的磁场与大气特征,如果我们能继续分析天王星极光,或许便能预测其他系外行星的大气和磁场,从而知晓它们是否适合生命存在。
新论文发表在《自然天文学》期刊。