詹姆斯·韦伯望远镜将放大天王星和土星以研究神秘的极光

使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的两个项目将观察天王星和土星的极光，以发现是什么过程使它们运转。

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 即将开始研究太阳系巨星天王星和土星的壮观灯光秀。

莱斯特大学的两个独立的天文学家团队将使用价值 100 亿美元的太空望远镜来研究气态巨星土星和寒冷的冰巨星天王星上空的极光。目的是更详细地解释在不同行星上产生这些极光表演的过程。

“JWST 已经在改变我们对宇宙的看法，从太阳系、我们自己的宇宙后院，到时间之初形成的第一个星系，”莱斯特大学物理与天文学学院的 Henrik Melin 领导该项目。天王星调查在一份声明中说。 “我很高兴能够在这个非凡的天文台工作，这些数据将从根本上塑造我们对土星和天王星的理解。”

极光对于地球上的天文观测者来说是很熟悉的，它是令人惊叹的北极光和南极光，当它们出现时，我们可以在地球的两极看到它们。

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当来自太阳的太阳风的带电粒子撞击地球的保护磁场（称为磁层）时，地球上空就会产生这些灯光秀。这些粒子沿着磁场线行进并从地球后面流出——但是，当它们这样做时，它们与我们大气中的粒子相互作用，产生发光的光。

当太阳在所谓的日冕物质抛射中喷出大量恒星等离子体时，极光会更加突出，并且可以在地球上空的低纬度地区看到。

尽管以前曾在太阳系其他行星上看到过极光，而且在任何有大气层和磁场的行星周围都可能出现极光，但人们对这些外星光秀知之甚少。

目前，人们对天王星的极光知之甚少，天王星是一颗冰巨星，大气中含有水、氨和甲烷。

事实上，就在去年，经过三十年的调查，莱斯特大学物理与天文学学院的一个研究小组——由博士领导的。学生艾玛·托马斯——证实了天王星周围存在红外极光。

由于过去与地球大小的天体发生过撞击，天王星倾斜了 97.77 度角。这意味着它的两极几乎直接朝向和远离太阳，并且它的极光位于太阳系行星通常的赤道周围。

当梅林和他的同事使用 JWST 观测天王星（距离太阳第七颗行星）的极光时，他们将研究之前发现的天王星极光所暗示的一些内容：这颗遥远行星的极光是否导致其温度升高？预期的？

托马斯说：“包括天王星在内的所有气态巨行星的温度，如果仅受到太阳的加热，则比模型预测的温度高出数百摄氏度，这给我们留下了一个大问题：这些行星为何比预期的温度高得多。”去年说过。 “一种理论认为，高能极光是造成这一现象的原因，它产生热量并将热量从极光向下推向磁赤道。”

JWST 对天王星的研究将于 2025 年初开始；它将在一天内拍摄这颗冰巨星的图像，持续约 17 个地球小时。这将使研究小组能够绘制天王星磁场整个旋转过程中的极光发射图。

科学家们还将致力于发现当天王星磁场与太阳风相互作用时是否会产生排放，就像地球上发生的那样，或者相互作用的带电粒子是否来自系统内的来源，类似于木星产生极光的方式。天王星的极光也有可能是这些现象的组合而产生的，就像土星的极光似乎是产生的一样。

由波士顿大学空间物理中心科学家卢克·摩尔领导的 JWST 土星极光项目将在土星日整整 10.6 小时内观测这颗气态巨行星的北极极光区域。这将使研究小组能够监测该区域的温度随着气态巨行星的旋转如何变化。

通过首次揭示土星的大气极光能量，研究小组希望更多地了解这颗气态巨星大气层中驱动极光的带电粒子的来源。

JWST 的两项巨行星研究都将使用强大的太空望远镜的高灵敏度近红外相机 (NIRCam) 仪器进行。

一旦掌握了这些发现，科学家就可以更好地了解在太阳系中产生极光的过程，以及这些机制在地球上的作用。也许这些结果可以帮助天文学家收集有关系统外行星周围极光的信息：太阳系外行星，或“系外行星”。

“迄今为止发现的大多数系外行星都属于海王星亚类，因此在物理尺寸上与海王星和天王星相似。这也可能意味着类似的磁场和大气特征，”托马斯说。“通过分析天王星的极光，它直接连接到行星的磁场和大气层，我们可以预测这些世界的大气层和磁场，从而预测它们的适用性为了一生。”

最初发布于Space.com。