天王星有奇怪的红外极光

天文学家首次利用凯克二号望远镜的数据探测到天王星上存在红外极光。这一发现可能揭示我们太阳系行星磁场的一些未知特性。它还可以帮助解释为什么距离太阳如此远的行星比它应有的温度更高。这项研究于 10 月 23 日发表在《自然天文学》杂志上，描述了这一发现。

[相关：天王星的名字来源于一个非常权威的名字。]

2006 年，夏威夷凯克天文台的 NIRSPEC 仪器（近红外光谱仪）被用来收集 6 小时的天王星观测数据。这项研究的作者仔细研究了 224 幅图像，以寻找特定粒子的迹象——电离三原子氢或 H3+。他们在与带电粒子碰撞后的数据中发现了 H3+ 的证据。这种辐射在天王星的北磁极上产生了红外极光。这幅图像本身是红外极光的艺术再现，叠加在哈勃太空望远镜拍摄的天王星图像上。

天王星极光与地球极光

天王星上的极光是由来自太阳的带电粒子与行星磁场相互作用而形成的，就像地球上的一样。这些粒子沿着磁场线向磁极汇聚。当它们进入天王星大气层时，带电粒子会与大气分子发生碰撞。这会导致分子发光。

天王星大气中的主要气体是氢和氦，它们的温度比地球上低得多。这些气体在这些温度下的存在导致天王星的极光主要在紫外线和红外线波长下发光。相比之下，地球上的极光来自氧原子和氮原子与带电粒子碰撞，颜色主要是蓝色、绿色和红色，一般可以在合适的纬度用肉眼看到。

天王星和海王星是太阳系中不同寻常的行星，因为它们的磁场与自转轴不对齐。天文学家尚未找到解释这一现象的方法，但天王星的极光可能提供了线索。

测量红外线

在这项研究中，一个天文学家团队使用了自 1992 年开始对天王星进行研究以来首次对天王星红外极光的测量数据。该团队表示，天王星的紫外极光于 1986 年首次被观测到，但红外极光至今尚未被观测到。

通过分析行星发出的特定波长的光。利用这些数据，他们可以分析这些行星发出的称为发射线的光，类似于条形码。在红外光谱中，H3+ 粒子发射的线将具有不同的亮度级别，具体取决于粒子的热度或冷度以及大气层的密度。然后这些线就像温度计一样测量行星的温度。

天文学家发现，天王星大气中 H3+ 浓度明显增加，而温度几乎没有变化。这与红外极光引起的电离一致。这些测量可以帮助天文学家了解太阳系其他外行星的磁场。它们还可以帮助科学家识别其他适合生命生存的行星。

[相关：冰巨星天王星在詹姆斯·韦伯太空望远镜的新图像中展示了它的许多光环。]

“包括天王星在内的所有气态巨行星的温度都比模型预测的仅靠太阳加热的温度高出数百开尔文/摄氏度，这给我们留下了一个大问题：这些行星的温度为何比预期高出这么多？一种理论认为，高能极光是造成这种情况的原因，它产生热量并将其从极光向下推向磁赤道，”研究报告合著者、莱斯特大学博士生艾玛·托马斯在一份声明中说道。

系外行星上生命的线索

托马斯表示，天文学家发现的大多数系外行星都属于亚海王星类别，因此它们的大小与海王星和天王星相似。这些系外行星上也可能存在类似的磁场和大气特征。天王星的极光与该行星的磁场和大气直接相关，因此研究它可以帮助天文学家预测大气和磁场及其是否适合生命存在。

这些结果还可能有助于了解地球上一种罕见的现象，即地磁倒转。地磁倒转是指南北极转换半球位置。据 NASA 称，磁极倒转在地球地质史上相当常见，上一次倒转发生在大约 78 万年前。古地磁记录显示，在过去的 8300 万年里，地球的磁极倒转了 183 次。在过去的 1.6 亿年里，地球的磁极也倒转了至少几百次。这些倒转之间的时间间隔有所波动，但平均约为 30 万年。

“我们对这种现象的研究并不多，因此不知道这会对依赖地球磁场的系统（如卫星、通信和导航）产生什么影响，”托马斯说。“然而，由于自转轴和磁轴的独特错位，这个过程每天都在天王星上发生。对天王星极光的持续研究将提供数据，让我们了解地球未来出现极地反转时会发生什么，以及这对其磁场意味着什么。”