40年未解之谜被解开：木星如何每隔几分钟产生一次壮观的X射线爆发

在《科学进展》上发表的一项新研究中，研究人员将美国宇航局（NASA）的“朱诺号”探测器对木星环境的近距离观测与欧洲航天局的XMM-牛顿观测站（位于地球轨道上）的同步X射线测量相结合。

由UCL和中国科学院领导的研究小组发现，X射线耀斑是由木星磁场线的周期性振动引发的。这些振动产生了等离子体（电离气体）波，使重离子粒子沿着磁场线 "冲浪"，直到它们砸入行星的大气层，以X射线的形式释放出能量。

研究共同第一作者、来自UCL马拉德空间科学实验室的威廉-邓恩博士说：“我们观测到木星产生X射线极光已经有四十年了，但我们不知道这是如何发生的。我们只知道它们是在离子撞入行星的大气层时产生的。”

“现在我们知道这些离子是由等离子体波传送的–这种解释以前没有人提出过，尽管一个类似的过程产生了地球上的极光。因此，它可能是一种普遍现象，存在于空间的许多不同环境中。”

X射线极光发生在木星的南北两极，往往是有规律的–在这次观测期间，木星每27分钟就会产生一阵X射线。

撞击大气层的带电离子粒子来自于木星卫星木卫一上的巨大火山向太空倾泻的火山气体。这种气体由于在木星的直接环境中发生碰撞而变得电离，形成一个环绕行星的等离子体的“甜甜圈”。

共同第一作者姚中华博士说：“现在我们已经确定了这一基本过程，接下来可以对其进行研究的地方有很多的可能性。类似的过程可能发生在土星、天王星、海王星周围，可能还有系外行星，不同种类的带电粒子‘在波浪中冲浪’。”

共同作者Graziella Branduardi-Raymont教授说：“X射线通常是由极其强大和暴力的现象产生的，如黑洞和中子星，所以单纯的行星也产生X射线似乎很奇怪。”

“我们永远无法访问黑洞，因为它们超出了太空旅行的范围，但木星就在我们家门口。随着朱诺号卫星进入木星的轨道，天文学家现在有一个绝好的机会来近距离研究产生X射线的环境。”

在这项新研究中，研究人员分析了朱诺号和XMM-牛顿卫星在26小时内对木星及其周围环境进行的连续观测。

他们发现“朱诺号”探测到的等离子体波与 XMM-牛顿卫星记录的木星北极 X 射线极光耀斑之间存在明显的相关性。然后他们使用计算机建模来确认波浪会将重粒子推向木星的大气层。磁场线为什么会周期性振动尚不清楚，但这种振动可能是由于与太阳风的相互作用或木星磁层内的高速等离子体流造成的。

木星的磁场非常强——大约是地球磁场的 20000 倍——因此它的磁层，即由这个磁场控制的区域，非常大。如果它在夜空中可见，它将覆盖我们月球大小数倍的区域。

该工作得到了中国科学院、中国国家自然科学基金委员会、英国科学技术设施委员会（STFC）、英国皇家学会、自然环境研究委员会以及欧空局和美国宇航局的支持。