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科学家绘制了迄今为止最详细的天王星神秘极光图

时间:2026-01-03来源:网络作者:小菜点击数:
简介:科学家们首次在光谱的红外部分对天王星的整个地球进行了成像,希望能够揭示这颗行星神秘的极光和奇怪的磁场。

【菜科解读】

  科学家们首次在光谱的红外部分对天王星的整个地球进行了成像,希望能够揭示这颗行星神秘的极光和奇怪的磁场。

  英国领导的团队在为期三天的竞选活动中这样做了,该活动上周公开直播,供全世界观看。

位于英国莱斯特大学的科学家们使用美国宇航局位于夏威夷的红外望远镜设施 (IRTF) 来观察这个奇怪的冰巨星,它绕太阳公转的距离是地球的19 倍。

  就像在地球上一样,天王星上的极光是由太阳风(从太阳发出的带电粒子流)与行星磁场的相互作用触发的。

但是因为天王星与我们的星球有很大不同,所以这些极光的表现与地球上著名的北极光和南极光非常不同。

科学家绘制了迄今为止最详细的天王星神秘极光图.gif

  例如,天王星围绕其旋转的轴几乎垂直于太阳。

这意味着这颗行星基本上是在它的一侧围绕太阳旋转,它的两极几乎直接面向恒星,在这颗行星漫长的一年中的整个四分之一,持续了 84 个地球年。

  最重要的是,天王星的磁极不像地球、木星或土星那样与其地理极对齐,而是与它们倾斜 60 度。

因此,天王星的极光不会照亮地球两极上方的天空,而是在非常奇怪的地方。

  “北极光实际上是从北半球向赤道延伸,甚至会掠过南半球。

”天文学博士艾玛·托马斯说。

领导观察的莱斯特大学的学生告诉 Space.com。

“如果你想绘制极光图,你不能只看地球的顶部,你必须看整个表面。

  为了对天王星的整个表面进行成像,科学家们将他们的观察分成三个为期三天的八小时窗口。

他们必须为每个观测窗口计时,以匹配天王星 17 小时的自转周期。

一旦数据结合起来,结果将是光谱红外部分中最详细的遥远行星表面地图。

  “我们想了解天王星上哪里是明亮的部分。

”托马斯说。

“天王星本身将在当天的辉光下被照亮。

任何高于该水平的东西,要么是由内部热过程引起的,要么是由极光引起的。

通过测量天王星上方粒子的密度,我们将能够分辨出它是哪个。

天王星.jpg

  以前,天王星的表面仅在光谱的紫外线部分成像。

1986 年,美国宇航局的航海者 2 号任务短暂掠过这颗行星,拍摄了第一张也是迄今为止唯一一组关于这颗奇怪行星表面和周围环境的近距离图像。

2011 年,哈勃太空望远镜首次探测到在天王星表面闪烁的极光,每一个都覆盖了比地球更大的区域。

  “但科学家们对这些显示及其背后的驱动力仍然知之甚少。

”托马斯说。

  “我们仍然不完全了解天王星的磁层及其与太阳风的相互作用。

”托马斯说。

“磁层是行星周围受其磁场支配的区域。

通过绘制极光图,我们可以更好地了解太阳风与磁层的相互作用,从中我们可以更好地了解磁力线的方向。

  根据2017 年的一项研究,科学家们知道天王星上的磁场以相当奇怪的方式运行,磁力线经常在一天内断开和重新连接。

  托马斯说:“了解这些极光在一天内如何变化可以为驱动这种不稳定磁场的机制提供新的见解。

  然而,极光不仅会随着一天中的时间而变化,还会随着一年中的季节而变化,这取决于地球的哪一侧目前被太阳照亮,哪一侧被黑暗淹没。

但是,由于天王星绕太阳旋转一圈需要 84 个地球年,因此科学家们对这些季节变化的理解非常缓慢。

  “目前,我们只有大约一个季节的天王星数据。

”托马斯说。

“我们现在和未来 20 年和 40 年所能收集到的一切对于充分了解这个星球的极光是如何运作的至关重要。

太阳系八大行星简介

太阳系有八大行星,由内而外分别是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

前面四颗属于类地行星,体积小、密度大、呈固态,而后面四颗属于类木行星,体积大、密度小,呈气态。

按照最远的海王星轨道半径来算,这八大行星以及太阳都分布在一个半径大约为30个天文单位的近圆形范围内。

我们今天就来简单了解一下,这八大行星各自的主要特征吧。

水星 水星是距离太阳最近的一颗行星,它的平均轨道半径约为0.4个天文单位(一个天文单位的长度为地球到太阳的平均距离),其体型也比地球要小,半径为2440千米,质量只有地球的5.5%(你没有看错),因此水星表面的引力只有地球的40%。

水星的自转周期与公转周期只比为3:2,也就是自转三圈时,就会围绕太阳公转两圈。

金星 金星与我们的地球在质量、体积、密度上非常相似,首先金星的半径为6000千米左右(地球半径为6371公里),金星的质量约为5亿亿亿千克(相当于地球质量的85%),因此金星的平均密度为5200千克每立方米(地球平均密度为5500)。

然而金星的自转方向却是八大行星中最为特殊的(第二特殊的是天王星),其自转方向与公转方向相反,并且其自转周期为243天,而公转周期为224.7天,也就是自转比公转还要慢。

除此之外,金星的表面环境也非常严酷,浓厚且富含温室气体的大气使得金星的温室效应异常强烈,表面温度将近500摄氏度。

地球 这是人类生存的星球,各项属性在其它行星的介绍中会出现,因此就不多做介绍了。

火星 火星的半径为3400千米,质量是地球的11%,虽然在体积和质量上比不上地球,但火星在数十亿年,也曾拥有过地球现在的气候环境,也许在那个时候火星上就已经存在生命了吧。

但是由于火星内核温度不断下降,导致磁场逐渐消失,使得太阳风可以肆无忌惮的侵扰,再加上本身引力不够强,导致火星表面的液态水以及大气都逐步的消失殆尽,最后才有了今天的荒凉模样,但假如未来有一天人类要到外星球建立殖民地,八大行星中,火星仍旧是第一选择。

木星 木星是八大行星中最大的一颗,按照体积来算,一颗木星需要1400颗地球才能填满,而木星的质量则是其它七大行星质量总和的2.5倍(但仍远小于太阳,仅为太阳质量的千分之一)。

木星的自转也非常特别,因为木星没有固态表面,因此我们判断木星自转的方式之内通过其表面大气的运转来确定,而木星不同纬度的大气运转并不一致,呈现出一种被称为“较差自转”的方式(太阳自转也是如此),赤道上的自转为9小时50分,而高纬度自转为9小时55分。

土星 土星的质量是地球的95倍,半径是地球的9倍多,它的自转方式与木星一样,也属于较差自转。

不过对于大众来讲,认识土星往往是从它的环开始,土星环是由什么东西组成的呢? 很多人会认为构成土星环的物质应该是类似于小行星的固态物质,比方说大块大块的“石头”,但实际上构成土星环的却是“冰块”,并且这些冰块的体积并不大,基本上都是毫米级到米级之间的,而且土星环的厚度也就几十米而已,不过其分布范围相当之广,直径足足有20万公里。

天王星和海王星 这是处于八大行星最外边的两颗类木行星,它们的质量与体积都非常接近,天王星的半径是地球的四倍,而海王星的半径是地球的3.9倍,天王星的质量约为地球的14倍,海王星质量为地球的17倍。

其中天王星的自转得说一下,它的自转轴非常接近黄道面,也就是天王星几乎是在躺着自转。

至于海王星,值得说的是它被称为笔尖下发现的行星,当初人们在利用牛顿的万有引力定律去计算天王星轨道时,发现理论计算与实际观测有不少出入,因此就猜测是不是还存在一颗行星在影响着天王星,并且还计算出了这颗未知行星的轨道位置,这就是海王星。

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十分奇怪的北极极光究竟是怎么形成

极光的出现可能和太阳带电粒子有关。

极光这个名词应该很多人都听说过,这是出现在我我们地球北极一种非常美丽而且神秘的现象,每当极光降临的时候,可以看到天边有着五颜六色的光线,虽然北极十分的遥远,但是每年都会有着几十万游客从世界的各个国家奔向北极,就是为了亲眼看一看极光,虽然科学家们对于极光进行了很多年的研究,但是现在为止都还没有研究出极光到底是怎么形成的。

挪威特罗姆瑟的极光猎人埃里克裹紧羽绒服,将相机对准夜空。

突然,一道翡翠绿的极光如巨蟒般撕裂黑暗,却在瞬间扭曲成诡异的螺旋状,紧接着紫红色光带如瀑布倒悬,甚至在地面投射出肉眼可见的阴影。

“这根本不像教科书里的极光!”埃里克盯着取景框喃喃自语。

2024年11月,这场持续47分钟的“超现实极光秀”被全球300多万网友直播围观,也揭开了人类对极光认知的新篇章——我们看到的,或许只是宇宙能量在地球大气层写下的“量子密码”。

太阳风暴的“远程操控”:从日冕物质抛射到极光爆发极光的诞生始于一场跨越1.5亿公里的“太空接力”。

2024年3月,NASA的帕克太阳探测器首次捕捉到日冕物质抛射(CME)的完整过程:超过10亿吨的带电粒子以每秒2000公里的速度冲向地球,相当于每秒引爆40颗广岛原子弹的能量。

当这些“太阳子弹”抵达地球时,首先遭遇的是由地核液态铁流动产生的“保护盾”——地磁场。

“地磁场就像一个巨大的漏斗。

”挪威特罗姆瑟大学空间物理学家玛雅·奥尔森解释道。

2024年《天体物理学杂志》发表的模拟数据显示,当CME撞击地磁场时,会在极区上空300-1000公里处形成直径超过地球直径3倍的“极光卵”。

在这个区域内,带电粒子沿着磁力线高速冲入大气层,与氧、氮原子碰撞,激发出人类眼中的极光。

但2024年11月的异常极光证明,这个“漏斗模型”过于简化。

欧洲空间局(ESA)的“集群”卫星群检测到,当时有3股不同方向的太阳风同时冲击地磁场,导致磁力线在北极上空形成复杂的“扭结结构”。

这种扰动使极光形态从传统的弧状突变为螺旋状,甚至出现类似“极光漩涡”的全新形态。

案例一:2024年11月“量子极光”事件——大气层中的全息投影?当埃里克在挪威拍摄到螺旋极光时,加拿大黄刀镇的极光观测站正记录着更诡异的景象:极光带突然分裂成数十道细线,如同被无形的手拨动的琴弦,随后这些光线开始以每秒17次的频率闪烁,恰好与太阳风中氦离子的震荡频率同步。

“这像是太阳风在地球大气层中写下的‘摩斯密码’。

”美国国家大气研究中心(NCAR)的极光专家大卫·陈团队通过超级计算机模拟发现,当特定频率的太阳风波与电离层中的等离子体波共振时,会激发出一种名为“极光量子态”的新现象。

2024年12月《科学》杂志发表的论文显示,这种共振可使极光亮度提升300%,并产生传统模型无法解释的几何结构。

案例二:2023年“血色极光”谜团——氮分子的“叛变”2023年9月,芬兰拉普兰地区出现持续3小时的深红色极光,其强度是普通红极光的15倍。

传统理论认为,红极光由80-200公里高空的氧原子在低能激发下产生,但卫星检测显示,此次极光中氮分子的贡献率高达62%。

“氮分子通常只产生紫或粉色极光,这次它们似乎‘偷师’了氧原子的发光技巧。

”瑞典空间物理研究所的艾琳·索德伯格团队通过分析极光光谱发现,异常强烈的太阳风剥离了氮分子外层电子,使其进入一种名为“里德堡态”的高能状态。

在这种状态下,氮分子能发出波长630纳米的红光——这正是氧原子发射红光的“专属波段”。

该发现被《自然·天文学》评为2024年度十大突破之一。

案例三:2022年“极光音爆”现象——大气层的“量子鼓掌”2022年12月,阿拉斯加费尔班克斯大学的麦克风阵列记录到极光爆发时的次声波信号,频率在0.1-20赫兹之间,恰与人类大脑α波范围重叠。

更惊人的是,当极光亮度每提升一个量级,次声波强度就增加10分贝,形成完美的对数关系。

“极光可能在‘唱歌’。

”日本东京大学地球物理学家山本健太郎提出“极光声共振”假说:当带电粒子撞击大气层时,不仅会激发光子,还会通过等离子体震荡产生压力波。

2024年ESA的“斯瓦尔巴”卫星证实,极光区域的电离层密度波动可达30%,足以引发大气层的宏观振动。

这项研究或许能解释为何因纽特人传说中极光会“发出沙沙声”。

最新探索:量子纠缠与极光颜色调控?2024年10月,中国“嫦娥七号”任务公布了一项颠覆性发现:月球表面检测到的极光相关粒子流,竟与地球极光存在量子纠缠迹象。

虽然这一结论尚存争议,但已引发科学界对极光形成机制的重新思考。

“我们可能低估了空间等离子体的量子特性。

”中科院国家空间科学中心主任王赤院士指出,2024年新建成的“子午工程二期”环北极监测网显示,极光区域的电子相干时间比预期长3个数量级,这意味着带电粒子可能以量子纠缠态集体运动。

如果证实,这将彻底改变人类对极光能量传输方式的认知。

网友热议:极光是宇宙的“表情包”还是“警告信号”?@北极熊观察员:“我在加拿大看到过绿色极光突然变成蓝色,像被谁调了色温。

现在才知道那是氮分子在‘抢戏’。

”@量子物理爱好者:“如果极光真是量子纠缠现象,那我们看到的可能是1.5亿公里外太阳表面的‘实时直播’?”@环保主义者:“2024年极光频率比20年前增加了40%,这和地球磁场减弱有关吗?我们的‘保护盾’正在失效?”@摄影发烧友:“以前追求极光的形状,现在得调快门速度捕捉‘量子闪烁’。

我的相机都快跟不上科学发现的节奏了!”@科幻作家:“极光会不会是高级文明向地球发送的‘二维码’?毕竟它同时包含光、声、电磁多重信息。

”当埃里克收拾器材准备离开时,夜空突然炸开一片银蓝色极光,如同无数DNA链在黑暗中旋转。

他突然想起玛雅教授的话:“我们看到的极光,是太阳与地球在1.5亿公里外签下的‘能量契约’,而人类才刚刚读懂第一页。

”或许正如2024年国际极光研讨会达成的共识:每道极光都是宇宙写给地球的情书,而我们终将在量子层面,听懂那些闪烁的光语。

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