彗星沒磁場也能產生極光,雖然人眼看不見

作者 | 發布日期 2020 年 09 月 22 日 17:32 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


除了地球,我們知道太陽系內其他行星也都有極光(除了水星),甚至連木星的衛星都有,但我們似乎沒想過來去匆匆的彗星也有極光。天文學家最近在重新分析羅塞塔號的數據時,觀察到 67P/楚留莫夫─格拉希門克彗星也產生了極光,雖然是在人眼不可見的紫外波段。

67P/楚留莫夫─格拉希門克彗星(67P Churyumov-Gerasimenko)是一顆軌域週期 6.45 年、自轉週期 12.4 小時的彗星,2014 年時,歐洲太空總署羅塞塔號(Rosetta)探測器攜帶的菲萊登陸器成功著陸在這顆彗星表面,這是第一次有人造探測器在彗核上受控軟著陸的壯舉。

雖然羅塞塔號已於 2016 年受控墜毀在彗星上,但它的數據依然在帶給科學家們驚喜。美國西南研究院物理學家 Jim Burch 團隊最近重新分析羅塞塔號收集的數據,驚訝發現缺乏磁場的彗星附近居然出現了極光。

極光主要發生在擁有磁場的行星高緯度區域(或者說需要有 3 個條件:太陽風、磁場、大氣層),比如地球極光就是來自太陽風的帶電高能粒子被地磁場偏轉、進入地球大氣層並與高層大氣(熱層)中的原子碰撞所造成;土星和木星這 2 顆氣態巨行星同樣擁有極光,且因為兩者磁場都比地球還要強,它們的極光也比地球的還要燦爛奪目。

只不過不同行星的極光形成機制略有小別,木星上的永駐極光大小恆定,並非是與太陽風粒子互動,而是來自木星內部相互作用、一種尚未確認的神祕機制;土星大部分極光雖然是與太陽風互動引起,但還有一種特殊的「極光環」(見下圖)覆蓋了整個極地地區,是在木星或地球上都沒見過的形式,科學家還不懂這種急光環的形成機制。

▲ 土星上成因未知的極光環。(Source:NASA

火星的大氣層雖然非常稀薄,但仍有一點微弱磁場可以撐起極光;至於木衛二與木衛三,因為它們的母行星木星引力實在太強大了,故透過與木星磁場相互作用也產生了極光;還有地球的姊妹行星金星,雖然它沒有磁場,但與太陽風相互作用後也能產生足以觸發極光的強大磁場,進而引起極光。

提了這麼多行星,天文學家大概沒想過連彗星都可能有極光。

67P/楚留莫夫─格拉希門克彗星自身沒有磁場,更沒辦法透過跟誰互動而產生磁場,為何科學家能從羅塞塔號的遠紫外光數據中檢測到極光?

研究人員表示,因為彗星有大氣層──也就是彗髮。一開始,科學家以為這是太陽光子與彗星氣體相互作用引起的現象,稱為晝輝(dayglow),但分析後卻發現是太陽風中的電子與彗星氣體相互作用,類似電子進入地球大氣層產生極光的方式,差別在於電子在地球大氣中主要是撞擊氮原子及氧原子,發出紅色光與綠色光,而在彗星大氣中則是撞擊水分子,發出遠紫外光。

此外,地球磁場將電子引向兩極、所以在天空中形成獨特形狀的極光,但彗星沒有磁場引導,因此紫外極光看起來就只是像彗星周圍的彌散光暈。

探索彗星極光的排放,能幫科學家更了解太陽風粒子如何隨時間變化,進一步描繪出整個太陽系的「太空天氣」。新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:西南研究院

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