科學家說，NASA的朱諾任務首次在木星的云層探測到了“精靈”——地表上雷暴上空的電現(xiàn)象，它不似地球上紅色的雷電，而是藍色的。

       

     

藝術家們對于木星空氣中閃電“精靈”的概念來自于朱諾飛船所獲取的信息，朱諾飛船正在繞木星運動?？茖W家們相信，木星上的“精靈”有可能是藍色的。圖片來源于NASA/ JPL-Caltech/ SwRI.

在木星大氣的雷暴上空，閃電“精靈”轉瞬即逝的瞬間爆發(fā)出巨大的電力?？茖W家們將此稱之為瞬變光學事件或薄層電泳,這種現(xiàn)象很難被捕捉到，美得近乎詭異。不久之前，科學家們還在討論這種現(xiàn)象在地球大氣是否存在。現(xiàn)如今，地球存在這種自然現(xiàn)象已經得到了氣象學家的證實，自然攝影師們也拍攝到過。NASA在太陽系最大的行星——木星上湍流的大氣中首次發(fā)現(xiàn)了“精靈”，云盤狀的光輝極速擴張，持續(xù)時間不到千分之一秒。

       

     

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這些經過同行評審的成果，是由科學家們利用朱諾號的木星任務發(fā)現(xiàn)的，并于2020年10月27日在《地球物理研究：行星》期刊上發(fā)表。在美國天文學會行星科學部年會（DPS2020）期間舉行的新聞發(fā)布會上，也公布了這一結果。

科學家們曾提出理論，認為瞬變光學事件，或稱“精靈”，應該存在于木星的大氣層中，但這是第一個證明它們確實存在的良好證據(jù)。他們是怎么找到這些證據(jù)的呢？

除了在普通光線下拍攝圖像，朱諾還用它的紫外線光譜儀（UVS）觀測木星。2019年夏天，研究人員在研究這些圖像時發(fā)現(xiàn)了一些有趣的東西：一條窄而明亮的紫外線條紋，這似乎是科學家們希望找到的，一顆“精靈”。

       

     

2020年4月10日朱諾號在木星南極附近的明亮閃光（圓圈處），被認為是瞬變光學事件或薄層電泳。圖片來源：美國宇航局（NASA）/噴氣推進實驗室-加州理工（JPL-Caltech）/西南航空研究所（SwRI）。

羅西尼·賈爾斯，是一名在西南研究所（SwRI）研究朱諾號的科學家，同時也是這項新研究的領頭人。他在一份聲明中說道：

紫外線光譜儀（UVS）是專門設計用來反映木星美麗的南北極光的。但在木星的紫外線光譜儀圖上，它不僅展現(xiàn)了木星的極光，而且還有一束明亮的紫外線閃光出現(xiàn)在我們沒有想到的角落處。隨著研究的深入，我們愈發(fā)意識到，朱諾號很有可能在木星上發(fā)現(xiàn)了一個轉發(fā)器（TLE）。

賈爾斯進一步解釋道：

將所有照片放在一起的時候，我們注意到，這些驚人的、短暫的、明亮的閃光并不常見。在統(tǒng)計了過去四年執(zhí)行任務中的所有數(shù)據(jù)后，我們發(fā)現(xiàn)，11束亮光有著相似的性質。

由于現(xiàn)在還處在發(fā)現(xiàn)的初期，科學家們還不知道木星上“精靈”的出現(xiàn)頻率。但在目前，找到第一顆“精靈”已經是一個非常令人激動的發(fā)現(xiàn)了。在過去的幾項研究中，有科學家已經對木星的“精靈”作出過預測。但迄今為止，這個發(fā)現(xiàn)是首次證明它們存在的直接證據(jù)。

       

     

斯蒂芬·哈默爾（Stephen Hummel）在西德克薩斯州的麥克唐納天文臺工作，他在2020年7月2日捕捉到了這只稍縱即逝的“閃電精靈”（又名“紅色精靈”）。麥克唐納天文臺正在其所在地區(qū)率先發(fā)起一項“黑暗天空”計劃。斯蒂芬評論道：“黑暗的天空能幫助你看到像'精靈'這樣暗淡的物體?！敝x謝你，斯蒂芬！

       

     

2015年，國際空間站的宇航員在美國上空的雷暴上方，看到了“紅色精靈”。圖片來源：NASA/ScienceAlert。

       

     

地球大氣中不同類型的電現(xiàn)象，包括瞬變光學事件或薄層電泳（兩種“精靈）。圖片來源：Abestorbi。

“朱諾”號探測到的“精靈”是在一個已知也會發(fā)生閃電的地區(qū)發(fā)現(xiàn)的?！爸熘Z”團隊的科學家們認定這些新的閃電不是普通的閃電，因為它們是在木星閃電發(fā)生的海拔186英里（300公里）的地方發(fā)現(xiàn)的，在大氣中的水云層之上。與地球上其他閃電不同的是，這些閃電也主要是氫排放。

地球上的“精靈”看上去很奇特，有點像水母，有一個中心擴散的光環(huán)和長長的觸須向下延展。它們往往出現(xiàn)在雷暴上空60英里（97公里）的地方，而且只持續(xù)幾毫秒，比眨眼的時間還快，這就解釋了為什么在飛行員開始報告它們之前，很少有人看到過它們。直到1989年，實驗物理學家約翰·R·溫克勒（JohnR.Winckler，1916-2001）在測試一臺微光電視攝像機時拍攝到了一張照片?，F(xiàn)在，你可以找到許多它們的照片，例如在太空氣象網(wǎng)（SpaceWeather.com）.

地球上的“精靈”通常顏色偏紅，但在木星上可能是不同的顏色。賈爾斯說：

在地球上，“精靈”由于與上層大氣中的氮相互作用而呈現(xiàn)出發(fā)紅的顏色。但在木星上，高層大氣主要由氫組成，所以它們可能會呈現(xiàn)藍色或粉紅色。

當雷擊產生高空準靜電場時，就會產生瞬變光學事件。在其他情況下，雷擊向上發(fā)射電磁脈沖，產生發(fā)光的圓盤，稱為薄層電泳。

       

     

“朱諾”號也曾在木星上看到閃電，比如2018年5月24日的閃電（插圖右下角的亮點）。彩色的橢圓形是北極附近的極光。圖片來源：美國宇航局（NASA）/噴氣推進實驗室-加州理工（JPL-Caltech）/西南航空研究所（SwRI）。

       

     

從地面上看，“精靈”貌似并沒有那么大，但它們可能有30英里（50公里）寬。《華盛頓郵報》首都天氣組的馬修·卡普奇（Matthew Cappucci）去年說過：

“想象一下從巴爾的摩直到華盛頓特區(qū)的一次放電！”

“朱諾”號此前也觀測到木星上有閃電。閃電和“精靈”的發(fā)現(xiàn)凸顯出木星的大氣層在某些方面與地球相似，至少在視覺上是如此。然而，它的深度要大得多，而且更加動蕩，它的長期風暴使我們這個星球上所見過的任何風暴都相形見絀。木星風暴主要由氫和氦組成。

       

     

木星上的閃電襲擊也更為強大，盡管不那么頻繁。閃電大多數(shù)都出現(xiàn)在木星帶和西面急流附近，在木星的兩極也發(fā)現(xiàn)了一些，這使得木星成為除地球之外唯一一個觀測到極地閃電的行星。與地球上的雷暴一樣，木星的閃電與它的大風暴密切相關。

       

     

這項新研究的主要作者，來自西南航空研究所（SwRI）的羅西妮·吉爾斯（Rohini Giles）。圖片來源：羅西妮·吉爾斯（Rohini Giles）。

在木星上首次發(fā)現(xiàn)“精靈”是令人興奮的，科學家們還將繼續(xù)尋找更多的“精靈”，正如吉爾斯所說：

“朱諾號每次執(zhí)行科學任務時，我們都會繼續(xù)尋找更多’精靈’的蛛絲馬跡。既然我們知道要尋找什么，那么在木星和其他行星上就更容易找到它們了。將來自木星的’精靈’與地球上的’精靈’進行比較，將有助于我們更好地了解行星大氣中的電活動?！?/span>

小結：地球雷暴上空的電現(xiàn)象“精靈”，現(xiàn)已首次在木星上被發(fā)現(xiàn)！

作者： Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team

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排版：零度星系

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自：https://earthsky.org/space/sprites-or-elves-in-jupiters-atmosphere-lightning-juno

本文由天文志愿文章組-橙， starry night 風繼續(xù)吹翻譯自 Paul Scott Anderson的作品，如有相關內容侵權，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除。

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