物理学家解码地球、木星和土星极光的宇宙之舞
令人叹为观止的极光几个世纪以来一直吸引着人类的想象力。2024 年 5 月 10 日至 12 日，21 年来最强大的极光事件展示了这些天体光景的非凡之美。最近，香港大学地球科学系的空间物理学家张斌正教授、姚中华教授和陈俊杰博士与他们的国际合作者在《自然-天文学》上发表了一篇论文，探讨了地球、木星和土星等行星上观测到的各种极光的基本规律。
这项工作为行星磁场与太阳风之间的相互作用提供了新的见解，更新了巨行星磁层的教科书描述。他们的发现可以改善空间天气预报，指导未来的行星探索，并激发对磁层环境的进一步比较研究。
地球、土星和木星都会产生自己的偶极磁场，从而形成漏斗状的磁几何形状，导致太空中的高能电子沉淀到极地区域，引起极地极光辐射。另一方面，三大行星在磁场强度、自转速度、太阳风状况、月球活动等许多方面都存在差异。目前还不清楚这些不同的条件与几十年来在这些行星上观测到的不同极光结构之间的关系。
研究小组利用三维磁流体力学计算（模拟导电流体和电磁场的耦合动力学），评估了这些条件在控制行星主极光形态方面的相对重要性。结合太阳风条件和行星自转，他们定义了一个控制主极光结构的新参数，首次很好地解释了在地球、土星和木星观测到的不同极光结构。
恒星风与行星磁场的相互作用是宇宙中的一个基本过程。这项研究可用于掌握天王星、海王星甚至系外行星的空间环境。
我们的研究揭示了太阳风与行星自转之间复杂的相互作用，为深入了解不同行星的极光提供了依据。这些发现不仅将增进我们对太阳系极光的了解，而且有可能扩展到系外行星系统极光的研究。
列日大学 STAR 研究所所长、该项目的合作者 Denis GRODENT 教授补充说："自 1979 年以来，我们就已经知道地球和木星的极光是不同的，能够用一个统一的框架来解释这些极光是一个巨大的惊喜。"
通过推进我们对行星磁场如何与太阳风相互作用以驱动极光现象的基本认识，这项研究在监测、预测和探索太阳系磁环境方面具有重要的实际应用价值。
这项研究也是了解各行星极光模式的一个重要里程碑，加深了我们对各种行星空间环境的了解，为今后研究不断吸引我们想象力的迷人天体光秀铺平了道路。
编译自/ScitechDaily
