这张照片显示了热量是如何被风从极光带离并加热整个木星的。图片来源：J. ODonoghue课题组（JAXA）/NASA

8月4日，发表在《自然》上的一项新研究揭示了困扰天文学家数十年的木星“加热”背后的秘密。英国莱斯特大学、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、美国宇航局（NASA）戈达德太空飞行中心、国家信息通信技术研究所（NICT）和波士顿大学的研究人员合作，揭示了木星大气加热机制。

利用来自夏威夷凯克天文台的数据，天文学家绘制出了这颗气态巨行星高层大气的迄今为止最详细的图谱，首次证实了木星强大的极光是为整个行星提供热量的原因。

“在莱斯特大学，我们首先开始尝试绘制木星最高大气层的全球热图。当时，这个信号还不够亮，不足以显示木星极地以外的任何东西。”JAXA研究员James O Donoghue说，“利用凯克，我们绘制了非常详细的温度图。我们发现极光内部的温度开始非常高，而且木星的极光，尽管只占行星面积不到10%，似乎正在加热整个行星。”

“在我们的太阳系中，每颗巨行星顶端的稀薄大气层一直是个谜题。在过去的50年里，通过对木星的每一次太空任务，以及地面观测，我们一直都在测量其赤道温度，认为它太热了。但原因我们一直未知，赤道附近存在其他未知的热源？”莱斯特大学物理与天文学院的Tom Stallard说。

当带电粒子被行星磁场捕获时，就会产生极光。这些螺旋沿着磁力线向行星的磁极旋转，撞击大气中的原子和分子，释放光和能量。在木星上，从木卫一喷出的物质导致了太阳系中最强烈的极光，并在木星的极地地区产生了巨大的热量。

尽管木星的极光长期以来一直是使木星大气层升温的主要原因，但之前的观测结果直到现在都无法证实或否认这一点。此次，研究人员绘制了5幅不同空间分辨率的大气温度地图，其中最高分辨率图显示了木星经度2度和纬度2度的平均温度测量值。该团队搜索了超过10000个独立的数据点，只绘制了不确定性小于5%的点。

气态巨行星的大气模型表明，它们的工作原理就像一个巨大的冰箱，热能从赤道向极地输送，并沉积在这些极地地区的低层大气中。这些新发现表明，快速变化的极光可能会推动能量波对抗这种向木星极地流动，使热量到达赤道。

观测结果还显示，木星亚极光区域有一个局部加热区域，可以解释为向赤道传播的有限热波，这可以解释为驱动热传递过程的证据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03706-w