噓……朱諾看到了木星上的精靈和小鬼_風聞

　　作者：王茸

　　校對：楊伯順 王婧彧 張硯斌 張宇辰

　　審閲：牧夫天文校對組

　　美編：徐⑨坤

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

　　號外！號外！朱諾在木星的高層大氣中探測到了短促有力的紫外閃光。這些現象被科學家們認為是木星大氣中的“精靈和調皮小鬼現象”。聽起來又酷又好玩有木有？大氣精靈（sprites）和調皮小鬼（elves）是雷暴發生時附近大氣區域的光學現象，都屬於大氣瞬態發光事件（Transient Luminous Events ，簡稱TLE’s）。

　　Credit: University of Alaska Fairbanks

　　上圖就是第一張被拍攝下來的地球大氣精靈。這種大規模的放電現象出現在雷暴雲的上方，形狀變化多端，由雲底和地面的正極閃電（電子向上傳遞）誘發。色彩上一般有紅橙和藍綠這兩個範圍，下端像長了觸鬚，上端看似弧狀。Sprites在字面上既是精靈的意思，也是Stratospheric/mesospheric Perturbations Resulting from Intense Thunderstorm Electrification 這個複雜詞組（強雷暴起電引起的平流層擾動）首字母的縮寫。

　　那調皮小鬼（elves）又是怎麼回事呢？Elves是另一個複雜詞組Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources（電磁脈衝引起的發光與甚低頻擾動）中加粗部分的首字母組合。事實上，小鬼們並沒有活靈活現，反而是一副低沉、暗淡的樣子，通常只能持續1毫秒，但是小鬼發出的微光卻能覆蓋大約直徑400千米的範圍。雷暴上方100千米的電離層，就是小鬼們的樂園啦。之前由於難以捕捉，在很長一段時間，小鬼們的顏色一直是一個謎，不過近來的研究越來越傾向於小鬼們可能最愛紅色系。

　　Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI

　　言歸正傳，我們來看看女一號朱諾發現了什麼鬼怪。上面這副紫外影像中，在木星南極區域，那處被黃色實線圈出的部分，就是所謂的精靈現象，表現為明亮的短時光閃。注意，不要和南極上空的大片極光現象混淆。此外，大家還可以看到伊娥(Io，木星衞星)留下的磁性腳印，就是光閃閃的那圈。伊娥靠近木星時，木星的極光就會有神奇的光環耶！愛的磁性……贊贊贊！

　　就是那個在紫外成像上看到的精靈，干擾了我們最近對木星的研究。不過木星那湍急的大氣層，住些精靈小鬼也不奇怪！敲個黑板，本文女二號，米國西南研究院(Southwest Research Institute)的羅西尼童鞋(Rohini Giles)在上週二（10月27日）向大家介紹了朱諾的發現。從2016年8月至2020年7月，朱諾一共看到了11次紫外閃光呢！

　　首先，它們不可能自發放電。木星大氣層是不會傳導紫外輻射的，所以這些閃光必須在比雷暴雲高得多的大氣中生成。有多高？科學家們的估算高度是比1個大氣壓平面高出約260公里。

　　每次閃光只會持續幾毫秒， 想象一下朱諾所看到的這些閃光會是什麼樣子？其實就接近於點閃。這説明什麼呢？這些點光源不可能覆蓋超過1000公里的範圍。那這些引人好奇的閃光又發生在哪裏？就在那些容易形成雷暴的高層區域中。

　　羅西尼和她的夥伴們推測這些閃光就是我們前文解釋過的大氣精靈和調皮小鬼現象。事實上，大氣瞬態發光事件並不是什麼新生事物，幾十年前，人類就觀測過地球上的這些“妖魔鬼怪們”。只不過直到1989年才第一次被拍攝下來。它們因電磁擾動而生，通過放電被我們看到。

　　但是，場景換到了木星，這種瞬態發光事件就不容易在可見光範圍內被看到，因為它們的始作俑者是氫分子(H2)，而不是地球高層大氣中的氮分子(N2)。

　　Credit: Jesper Grønne / S&T Online Photo Gallery

　　若是有幸在地球上看到這種罕見的大氣精靈現象，你看到的會是紅色的精靈。但在多氫的木星大氣中就不同了， 那裏的精靈是藍色或者粉色的。

　　藍精靈你好

　　Credit: NASA

　　早在2009年，以色列的一個研究團隊就已經預測過其他星球的大氣瞬態發光事件會是什麼樣子。那多年後的朱諾看到的是什麼樣呢？據羅西尼稱，木星上這些被朱諾看到的閃光完全符合“精靈”的特徵。再貪心一點，要是能研究不同星球上的瞬態發光事件，對於研究星球磁場也是大有裨益的。

　　絮叨了這麼多，還剩下一個懸念沒有答案。

　　那就是——

　　朱諾無法判斷這些紫外閃光和雷暴雲產生的閃電是否是同時發生的。為啥？原因出在了朱諾的結構上，因為紫外儀器和可見光儀器沒被安在同側……這種設計會導致兩種儀器有10秒的工作間隔……當然，這個懸念也給下一步研究埋下了伏筆。

　　誰來救場呢？希望無線電和等離子波的測量儀器能幫上忙吧。強烈的放電是有可能產生長波輻射的。

　　畢竟，在木星這個熙熙攘攘的舞台上，幕布從來都沒有落下過。

　　參考文獻：

　　https://skyandtelescope.org/astronomy-news/juno-discovers-sprites-and-elves-on-jupiter/

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Upper-atmospheric_lightning

　　https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7769

　　https://www.discovermagazine.com/the-sciences/ios-footprint-on-jupiter-takes-the-lead

　　https://phys.org/news/2020-10-juno-sprites-elves-frolic-jupiter.html

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木星上的雷暴

Credit: NASA