【星空美圖】舞動的精靈——太陽系中其他行星的極光①_風聞

極光讓地球上的人們看到了大自然的色彩，也認識到了宇宙的奇妙，但你知道嗎？極光不是地球獨有的，木星、土星、火星等行星都擁有奇幻的極光，那麼究竟誰的最美麗呢？一起了解下太陽系中其他行星的極光。

極光不只在地球上出現，太陽系內的其他具有大氣或磁場的行星上也會有極光出現。旅行者2號探測器拍攝到的許多行星照片也驗證了地球之外的其他行星存在極光的事實。極光是由電子這樣的帶電粒子流引起的，這些粒子流有不同的來源，例如太陽風、行星電離層和衞星火山。它們被強磁場捕獲，並被傳到上層大氣中，在那裏它們與氣體粒子（如氧氣或氮氣）的相互作用引起了壯觀的光脈衝，也就是極光。讓我們來看看科學家們捕捉到的這些除地球之外其他行星的極光吧。

木星

木星極光和地球極光的產生原理相似，磁場將太陽釋放的帶電粒子彙集到兩極。當這些粒子撞擊大氣時，電子會暫時從現有的氣體分子中離開。電場力將這些電子吸引回來，當電子重新組合以形成中性分子時，極光就產生了。木星是太陽系中體積最大的行星，它的磁場以驚人的速度旋轉——10小時就可旋轉一週，同時在兩極周圍產生1000萬伏的電壓。科學家們指出，木星極光無論是在規模上，還是在強度上都超過地球上同類現象的數百倍之多。美國的“旅行者1”號探測器1979就曾首次觀測到了木星兩極出現的極光現象。

圖1. 美國國家航空航天局(NASA) 1998年11月26日利用哈勃望遠鏡的太空望遠鏡成像光譜儀（STIS）拍攝的紫外木星極光圖像。與地球的極光不同的是，木星的極光包括一些明亮的條紋和點，如圖所示，這些明亮的條紋和圓點是由連接木星及其最大衞星的磁通量管引起的。圖中遠處左邊的亮條痕為木衞一Io，中心下方的亮點為木衞三Ganymede，木衞三右邊的亮點為木衞二Europa。

圖片來源：https://apod.nasa.gov/apod/ap001219.html

圖2. NASA發佈的哈勃太空望遠鏡在1998年1月7日拍攝到的木星極光照片

圖片來源：https://images.nasa.gov/details-PIA01254.html

圖3. 歐洲南方天文台公佈的2000年11月利用紅外望遠鏡拍攝到的木星極光照片，照片清楚地顯示了所拍攝到的木星兩極的極光（黃色和橙色）和北極上空的煙霧（藍色）。

圖片來源：https://www.eso.org/public/images/eso0123e/

圖4. NASA公佈的2007年3月“錢德拉”X射線望遠鏡拍攝到的木星極光圖與“哈勃”望遠鏡拍攝到的木星圖的合成照片。

圖片來源：

http://news.sohu.com/20071226/n254308172.shtml

土星

土星的極光的形成過程與木星相似，是由來自磁層的帶電粒子撞擊土星上層大氣層並使其發光產生的，其中磁層是帶電粒子被土星磁場捕獲的區域。與地球極光不同的是，土星的極光經常是螺旋形的，而且更可能在午夜和黎明前達到亮度峯值。與木星的極光相比，土星的極光與土星內部磁場和附近可變太陽風變化之間的聯繫有關，它似乎比地球或木星的極光更受太陽風的影響。

圖5. 卡西尼號探測器的窄角相機在可見光下於2009年10月5日至8日期間拍攝的土星北部上空閃爍的極光（橙色部分），在此期間卡西尼號探測器在81個小時內一共拍攝了472張圖片，併合成了一個小視頻，這也是土星極光的第一個可見光視頻。這一系列圖片還顯示，土星的極光幕，也就是發光的大氣分子片狀結構，沿着土星的磁場延伸，並達到高於星球主體1200公里的高度，這是太陽系中已知的最高的“北極光”。每幅圖片經兩到三分鐘的曝光獲得，拍攝位置距土星約280萬公里，圖片分辨率為3.2km。

圖片來源：http://ciclops.org/view.php?id=5970

事實上，拍攝的原始圖片是黑白的，對圖片進行處理時需要消除宇宙射線和鏡頭眩光的影響，為了區別圖片中的背景噪聲，將圖片中的極光採用了偽彩色（橙色）顯示。在地球上，極光經常呈現綠色，但是科學家並不知道土星上極光的顏色。

土星的極光和地球一樣嗎？為了幫助回答這個問題，哈勃太空望遠鏡和卡西尼號航天器同時監測了土星的南極，卡西尼號於2004年1月接近了土星的南極。哈勃在紫外光下拍攝了圖片，而卡西尼則記錄無線電發射並監測太陽風。土星上的極光，和地球上的極光一樣，大多出現在地球兩極附近的高緯度地區。不同於地球的是，土星的極光持續數天，而地球上只有幾分鐘。

圖6. 哈勃望遠鏡拍攝的三張土星極光圖片，每張相隔兩天。

圖片來源：https://apod.nasa.gov/apod/ap050222.html

除了太陽系中體積最大、自轉最快的行星木星和最美麗的行星土星外，地球的其他兄弟姐妹中擁有極光的不在少數，下一篇我們將繼續帶大家領略太陽系中其他行星的極光。

未完待續

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