天文學家利用美國國家航空暨太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）發現了一顆褐矮星（比木星質量大但比恆星小的天體）可能會顯示極光，就像我們熟悉的北極光一樣。這是一個意想不到的謎，因為這個被稱為W1935 的褐矮星是太空中一個孤立的天體，附近沒有恆星來產生極光。

這幅藝術家的概念圖描繪了距離地球47 光年的褐矮星W1935。天文學家利用美國太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡發現了來自W1935 的甲烷紅外線輻射。這是一個意想不到的發現，因為這顆褐矮星非常寒冷，而且缺少一顆主恆星；因此，沒有明顯的能量來源來加熱它的上層大氣，使甲烷發光。研究小組推測，甲烷的發射可能是由於產生極光的過程造成的，這裡用紅色顯示。圖片來源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）編輯

地球上的極光是來自太陽的高能量粒子被我們星球的磁場捕獲後產生的。這些粒子層層墜落到地球兩極附近的大氣層中，與氣體分子碰撞，形成陰森、舞動的光幕。由於W1935 沒有恆星產生恆星風，因此與星際等離子體或附近的活動衛星（如木星的木衛一）的外部相互作用可能有助於解釋所觀測到的紅外線輻射。

天文學家利用美國太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡研究了12 顆冷褐矮星。其中的兩顆–W1935 和W2220–在成分、亮度和溫度上似乎近似於雙胞胎。不過，W1935 顯示出甲烷的發射，而不是W2220 預期的吸收特徵。研究團隊推測，甲烷發射可能是由於產生極光的過程。來源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）

使用美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的天文學家發現一顆褐矮星（比木星質量大但比恆星小的天體）上有甲烷發出的紅外線，這可能是其上層大氣中的能量造成的。這是一個意想不到的發現，因為這顆名為W1935 的褐矮星非常寒冷，而且缺乏一顆主恆星；因此，它的上層大氣沒有明顯的能量來源。研究團隊推測，甲烷發射可能是由於產生極光的過程。

這些發現將在新奧爾良舉行的美國天文學會第243 次會議上公佈。

為了幫助解釋甲烷紅外線輻射之謎，研究團隊將目光轉向了太陽系。甲烷發射是木星和土星等氣態巨行星的共同特徵。產生這種輻射的高層大氣加熱與極光有關。

在地球上，極光是太陽吹向太空的高能量粒子被地球磁場捕獲後產生的。它們沿著地球兩極附近的磁場線進入大氣層，與氣體分子碰撞，形成陰森恐怖的舞動光幕。木星和土星也有類似的極光過程，包括與太陽風的相互作用，但它們也會從附近的活躍衛星獲得極光，如木衛一（木星）和土衛二（土星）。

對於像W1935 這樣孤立的褐矮星來說，沒有恆星風對極光過程做出貢獻，也無法解釋高層大氣中甲烷排放所需的額外能量，這是一個謎。研究小組推測，要么是像木星和土星的大氣現像那樣無法解釋的內部過程，要么是與星際等離子體或附近活動衛星的外部相互作用，都可能有助於解釋甲烷排放的原因。

極光的發現就像一個偵探故事。由紐約美國自然歷史博物館天文學家傑基-法赫蒂（Jackie Faherty）領導的團隊獲得了使用韋伯望遠鏡的時間，對12顆冷褐矮星進行調查。其中包括W1935–一個由公民科學家丹-卡塞爾登（Dan Caselden）發現的天體，他曾參與”後院世界”（Backyard Worlds Zooniverse）計畫；以及W2220–一個利用美國國家航空暨太空總署（NASA ）的寬視野紅外線巡天探測器（Wide Field Infrared Survey Explorer）發現的天體。韋伯望遠鏡以精美的細節揭示了W1935 和W2220 在成分上近乎克隆。它們還具有相似的亮度、溫度以及水、氨、一氧化碳和二氧化碳的光譜特徵。一個顯著的例外是，W1935 出現了甲烷的發射，而W2220 卻沒有出現預期的吸收特徵。這是在一個獨特的紅外線波長上看到的，而韋伯對這一波長具有獨特的敏感性。

“我們預期會看到甲烷，因為甲烷遍布這些褐矮星。但我們看到的情況恰恰相反，甲烷並沒有吸收光線： 甲烷在發光。我的第一個想法是，這到底是怎麼回事？為什麼這個天體會釋放出甲烷？」研究小組使用電腦模型來推斷甲烷發射背後的原因。建模工作顯示，W2220 在整個大氣層中的能量分佈符合預期，隨著高度的增加而變冷。另一方面，W1935 的結果卻出乎意料。最佳模型傾向於溫度反轉，即大氣層隨著高度的增加而變暖。

這項研究的主要建模者、英國赫特福德大學的合著者本-伯寧漢姆（Ben Burningham）說：「這種溫度反轉現象確實令人費解。我們曾在附近有恆星的行星上看過這種現象，恆星可以加熱平流層，但在一個沒有明顯外部熱源的天體上看到這種現象就太瘋狂了。”

為了尋找線索，研究團隊把目光投向了我們自己的後院–太陽系的行星。氣態巨行星可以作為替代物，反映40 多光年外W1935 大氣層中的情況。

研究團隊意識到，溫度倒掛現像在木星和土星等行星中非常突出。人們仍在努力了解它們平流層加熱的原因，但太陽系的主要理論涉及極光的外部加熱和來自大氣深處的內部能量傳輸（前者是主要的解釋）。

這並不是第一次用極光來解釋褐矮星的觀測結果。天文學家曾偵測到來自幾顆較暖褐矮星的電波輻射，並將極光作為最可能的解釋。凱克天文台等地面望遠鏡對這些射電發射褐矮星的紅外線特徵進行了搜索，以進一步確定這一現象的特徵，但沒有得出結論。

W1935是太陽系外第一個具有甲烷發射特徵的極光候選天體。它也是太陽系外最冷的候選極光，有效溫度約為華氏400度（200攝氏度），比木星高出約華氏600度。

在太陽系中，太陽風是極光過程的主要貢獻者，木衛一和土衛二等活躍的衛星分別在木星和土星等行星上發揮作用。W1935 星完全沒有伴星，因此恆星風不可能促成這現象。至於一顆活躍的衛星是否會在W1935上的甲烷排放中發揮作用，目前還不得而知。

法赫蒂指出：”有了W1935，我們現在有了一個太陽系現象的壯觀延伸，而沒有任何恆星輻照來幫助解釋。”她補充說：”有了韋伯望遠鏡，我們就能真正’打開’化學反應的’罩子’，了解太陽係以外的極光過程有多麼相似或不同。”

編譯來源：ScitechDaily