木星的北極光。（NASA、ESA 和 J. Nichols/萊斯特大學）
終於觀察到木星吐出高能波長的 X 射線。
由這顆巨大行星的永久極光發出，並由美國宇航局的太空 X 射線望遠鏡NuSTAR探測到，這些發射是從太陽系中任何行星（除了地球）看到的最具能量的光。
這一探測可以揭示太陽系中最強大的極光，並解開一個長期存在的謎團：為什麼歐空局-美國宇航局的尤利西斯聯合航天器在 1990 年至 2009 年的近 30 年執行中沒有探測到任何木星 X 射線。
木星的極光構成了一個絕對迷人的現象。在它的兩極，這顆行星都被永久的極光環繞——我們的肉眼看不見，但在紫外線波長下會發出耀眼的光芒。X 射線天文臺 Chandra 和 XMM-Newton還觀察到這些區域發射低能量或“軟”X 射線。
科學家們認為，還應該有高能或“硬”X 射線 X 射線，超出了這些儀器所能探測到的範圍。所以他們使用 NuSTAR 來尋找它們。
哥倫比亞大學的天體物理學家 Kaya Mori 說：“行星在 NuSTAR 探測到的範圍內產生 X 射線是相當具有挑戰性的。”
“但木星有一個巨大的磁場，而且它的旋轉速度非常快。這兩個特徵意味著這顆行星的磁層就像一個巨大的粒子加速器，這就是使這些更高能量發射成為可能的原因。”
木星的極光與地球上的極光既相似又不同，它們是由太陽吹入的粒子產生的。它們與地球磁場發生碰撞，從而將質子和電子等帶電粒子沿著磁場線飛向兩極，在那裡它們降落在地球的高層大氣中並與大氣分子發生碰撞。這些分子由此產生的電離會產生令人驚歎的舞光。
在木星上，基本機制是相似的，但也有一些不同。如前所述，極光是恆定不變的；那是因為這些粒子不是太陽的，而是來自太陽系中火山最多的木星衛星木衛一。
它不斷地噴出二氧化硫，透過與行星的複雜引力相互作用立即將其剝離，被電離並在氣態巨行星周圍形成等離子體環。來自這個圓環的粒子沿著磁場線呼嘯而過到達兩極，依此類推。
NuSTAR 檢測到的發射。（NASA/JPL-加州理工學院）
正如之前發現的那樣，這個過程會產生軟 X 射線。現在，硬X射線也被發現了。檢測起來並不容易，因為高能 X 射線實際上非常微弱，但研究人員表示，這並不能解釋為什麼尤利西斯無法檢測到它們。他們發現，答案在於硬 X 射線的產生方式。
當電子沿著木星的磁場線加速時，它們最終會以高速進入行星的大氣層。當這些電子進入原子核及其電場附近時，它們會突然偏轉和減速。但是，根據能量守恆定律，它們的動能必須去某個地方，因此它會轉化為X射線。
這稱為軔致輻射或制動輻射。軟 X 射線是透過稱為電荷交換的不同機制產生的，其中電子被轉移到離子上，離子的激發會產生輝光。
研究人員說，這些機制各自產生不同的光分佈。在更高的能量下，軔致輻射 X 射線在更高的能量下應該更微弱，這可以解釋為什麼尤利西斯從未發現它們。
該團隊對包括軔致輻射機制在內的資料進行了建模，不僅與 NuSTAR 的觀測結果相匹配，還表明發射超出了尤利西斯的靈敏度範圍。到目前為止一切順利，但我們才剛剛開始探索這一現象。
例如，雖然 NuSTAR 可以在木星極光的一般區域探測到硬 X 射線，但它無法確定精確的發射點。
英國倫敦大學學院的天文學家威廉鄧恩說： “這些排放的發現並沒有結束這個案例；它開啟了一個新的篇章。”
“我們仍然對這些排放及其來源有很多疑問。我們知道旋轉磁場可以加速粒子，但我們並不完全瞭解它們如何在木星上達到如此高的速度。哪些基本過程會自然產生這種高能粒子？”
未來對木星極光的硬 X 射線研究可能有助於進一步瞭解正在發生的物理現象。
該研究已發表在《自然天文學》上。
