这张概念图说明了地球和木星之间不同的极光。资料来源:香港大学姚中华教授

　　最近的一项研究揭示了对地球、木星和土星极光的新见解，强调了磁场和太阳风在形成这些现象中的作用，对空间天气预报和行星探索具有重要意义。

　　令人惊叹的极光，通常被称为北极光和南极光，几个世纪以来一直吸引着人类的想象力。从2024年5月10日到12日，21年来最强大的极光事件展示了这些天体光的非凡之美。

　　最近，香港大学地球科学系的空间物理学家，包括张斌正教授、姚中华教授和陈俊杰博士，以及他们的国际合作者，在《自然天文学》上发表了一篇论文，探讨了在地球、木星和土星等行星上观测到的不同极光的基本规律。这项工作为行星磁场和太阳风之间的相互作用提供了新的见解，更新了教科书上关于巨大行星磁层的图片。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。

　　揭示行星极光的多样性

　　地球、土星和木星都产生自己的偶极子磁场，导致漏斗状的冠状磁几何结构，导致空间的高能电子沉淀到极地地区，并导致极地极光发射。另一方面，这三颗行星在许多方面存在差异，包括它们的磁场强度、旋转速度、太阳风状况、月球活动等。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察到的不同极光结构有何关系。

　　利用三维磁流体动力学计算，模拟导电流体和电磁场的耦合动力学，研究小组评估了这些条件在控制行星主要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要极光结构的新参数，这是第一次很好地解释了在地球、土星和木星上观察到的不同极光结构。

　　恒星风与行星磁场的相互作用是宇宙中的一个基本过程。这项研究可以应用于掌握天王星、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和行星自转之间复杂的相互作用，让我们对不同行星上的极光有了更深入的了解。”“这些发现不仅将增强我们对太阳系极光的了解，而且还可能扩展到对系外行星系统极光的研究，”该项目的首席研究员和第一作者张斌正教授说。

　　“我们已经了解到，自1979年以来，地球和木星的极光是不同的，这是一个巨大的惊喜，它们可以用一个统一的框架来解释，”列日大学STAR研究所所长、该项目的合著者丹尼斯·格罗登特教授补充说。

　　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显示的基本理解，这项研究对于监测、预测和探索太阳系的磁环境具有重要的实际应用。

　　这项研究也代表了理解行星极光模式的一个重要里程碑，加深了我们对不同行星空间环境的了解，为未来研究迷人的天体光表演铺平了道路，继续捕捉我们的想象力。

　　参考文献:“不同行星全球极光形态的统一框架”，作者:B. Zhang, Z. Yao, O. J. Brambles, P. A. Delamere, W. Lotko, D. Grodent, B. Bonfond, J. Chen, K. A. Sorathia, V. G. Merkin和J. G. Lyon, 2024年5月20日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 024 - 02270 - 3