物理學家解碼地球、木星和土星極光的宇宙之舞
令人嘆為觀止的極光幾個世紀以來一直吸引著人類的想像。 2024 年5 月10 日至12 日，21 年來最強大的極光事件展示了這些天體光景的非凡之美。最近，香港大學地球科學系的太空物理學家張斌正教授、姚中華教授和陳俊傑博士與他們的國際合作者在《自然-天文學》上發表了一篇論文，探討了地球、木星和土星等行星上觀測到的各種極光的基本法則。
這項工作為行星磁場與太陽風之間的相互作用提供了新的見解，更新了巨行星磁層的教科書描述。他們的發現可以改善空間天氣預報，指導未來的行星探索，並激發磁層環境的進一步比較研究。
地球、土星和木星都會產生自己的偶極磁場，從而形成漏斗狀的磁幾何形狀，導致太空中的高能量電子沉澱到極地區域，造成極地極光輻射。另一方面，三大行星在磁場強度、自轉速度、太陽風狀況、月球活動等許多方面都存在差異。目前還不清楚這些不同的條件與幾十年來在這些行星上觀測到的不同極光結構之間的關係。
研究團隊利用三維磁流體力學計算（模擬導電流體和電磁場的耦合動力學），評估了這些條件在控制行星主極光形態的相對重要性。結合太陽風條件和行星自轉，他們定義了一個控制主極光結構的新參數，首次很好地解釋了在地球、土星和木星觀測到的不同極光結構。
恆星風與行星磁場的相互作用是宇宙中的一個基本過程。這項研究可用於掌握天王星、海王星甚至系外行星的空間環境。
我們的研究揭示了太陽風與行星自轉之間的複雜相互作用，為深入了解不同行星的極光提供了基礎。這些發現不僅將增進我們對太陽系極光的了解，而且有可能擴展到系外行星系統極光的研究。
列日大學STAR 研究所所長、該計畫的合作者Denis GRODENT 教授補充說：”自1979 年以來，我們就已經知道地球和木星的極光是不同的，能夠用一個統一的框架來解釋這些極光是一個巨大的驚喜。
透過推進我們對行星磁場如何與太陽風相互作用以驅動極光現象的基本認識，這項研究在監測、預測和探索太陽系磁環境方面具有重要的實際應用價值。
這項研究也是了解各行星極光模式的重要里程碑，加深了我們對各種行星空間環境的了解，為未來研究不斷吸引我們想像力的迷人天體光秀鋪平了道路。
編譯自/ ScitechDaily