由美国宇航局拍摄
这张图片显示的木星南半球来自美国宇航局的朱诺任务
美国国家航空航天局(NASA)的NuSTAR的新观测结果显示，这颗行星两极附近的极光会发出高能X射线，这是加速粒子与木星大气层碰撞时产生的
功劳:凯文·M·增强形象
吉尔(CC-BY)基于美国宇航局/JPL-加州理工学院/SwRI/MSSS提供的图像 众所周知，这颗行星的极光会产生低能X射线光
一项新的研究最终揭示了更高频率的X射线，并解释了为什么它们在30年前躲过了另一次任务
自20世纪70年代以来，科学家们一直在近距离研究木星，但这个气体巨人仍然充满了神秘
美国国家航空航天局的NuSTAR太空天文台的新观测揭示了有史以来从木星探测到的最高能量的光
这种光，以NuSTAR可以探测到的X射线的形式，也是有史以来从地球以外的太阳系行星探测到的最高能量的光
《自然天文学》杂志上的一篇论文报道了这一发现，并解开了一个长达几十年的谜团:为什么尤利西斯任务在1992年飞越木星时没有看到x光
x射线是光的一种形式，但它的能量和波长比人眼所能看到的可见光要高得多
美国宇航局的钱德拉X射线天文台和欧空局(欧洲航天局)的XMM-Newton天文台都研究了来自木星极光的低能量X射线——当木星卫星木卫一上的火山向木星喷射离子(被剥夺电子的原子)时，在木星的北极和南极附近产生的光显示
木星强大的磁场加速这些粒子，并将它们引向行星的两极，在那里它们与大气层碰撞，并以光的形式释放能量
根据2016年抵达木星的美国宇航局朱诺飞船的观察，来自木卫一的电子也被行星磁场加速
研究人员怀疑这些粒子会产生比钱德拉和XMM-Newton观察到的更高能量的X射线，而NuSTAR(核光谱望远镜阵列的缩写)是第一个证实这一假设的天文台
NuSTAR探测到来自木星南北两极附近极光的高能X射线
NuSTAR无法高精度定位光源，只能发现光线来自紫色区域的某个地方
信用:美国宇航局/JPL-加州理工学院 哥伦比亚大学天体物理学家、这项新研究的主要作者Kaya Mori说:“对于行星来说，在NuSTAR探测到的范围内产生X射线是相当具有挑战性的。”
“但是木星有一个巨大的磁场，它旋转得非常快
这两个特征意味着行星的磁气圈就像一个巨大的粒子加速器，这就是为什么这些更高能量的发射成为可能
" 研究人员在进行NuSTAR探测时面临着多重障碍:例如，高能发射比低能发射要微弱得多
但是这些挑战都不能解释尤利西斯的不探测，这是美国宇航局和欧空局的联合任务，能够探测到比努星更高能量的X射线
尤利西斯号宇宙飞船于1990年发射，在多次任务延期后，一直运行到2009年
根据新的研究，这个难题的解决方案在于产生高能X射线的机制
光来自能量电子，朱诺可以用它的木星极光分布实验(JADE)和木星能量粒子探测器仪器(JEDI)探测到，但是有多种机制可以使粒子产生光
如果不直接观察粒子发出的光，几乎不可能知道是哪种机制造成的
在这种情况下，罪魁祸首是所谓的轫致辐射
当快速移动的电子遇到木星大气中的带电原子时，它们会像磁铁一样被吸引到原子上
这导致电子快速减速，并以高能x光的形式失去能量
这就像一辆快速行驶的汽车如何将能量传递给它的制动系统来减速；事实上，轫致辐射在德语中的意思是“制动辐射”
(产生低能X射线的离子通过称为原子线发射的过程发光
) 每个光发射机制产生稍微不同的光分布
利用对轫致辐射光分布的已有研究，研究人员表明，在更高的能量下，包括在尤利西斯的探测范围内，X射线会变得明显更暗
博士Shifra Mandel说:“如果你对NuSTAR数据做一个简单的推断，它将向你展示尤利西斯应该能够探测到木星的X射线。”
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哥伦比亚大学天体物理学专业学生，这项新研究的合著者
“但是我们建立了一个包含轫致辐射的模型，这个模型不仅与NuSTAR的观测相匹配，它还向我们表明，即使在更高的能量下，X射线也会太微弱，尤利西斯无法探测到
" 该论文的结论依赖于努斯达、朱诺和XMM-Newton对木星的同时观测
新章节 在地球上，科学家已经在地球极光中探测到了X射线，其能量甚至比NuSTAR在木星上看到的还要高
但是这些辐射非常微弱——比木星的要微弱得多——只能被小卫星或高空气球发现，这些小卫星或气球离产生X射线的大气层非常近
同样，要观察木星大气中的这些排放物，需要一台靠近木星的x光仪器，其灵敏度要高于尤利西斯在20世纪90年代携带的仪器
“这些排放物的发现并不能结案；这开启了新的篇章，”伦敦大学学院研究员、该论文的合著者威廉·邓恩说
“关于这些排放物及其来源，我们还有很多问题
我们知道旋转磁场可以加速粒子，但我们并不完全理解它们是如何在木星达到如此高的速度的
是什么基本过程自然产生了这样的高能粒子？" 科学家们还希望研究木星的X射线发射能帮助他们了解我们宇宙中更极端的物体
NuSTAR通常研究太阳系外的物体，如爆炸的恒星和被大质量黑洞引力加速的热气盘
这项新的研究是科学家们能够将NuSTAR观测数据与X射线源(由朱诺公司)获取的数据进行比较的第一个例子
这使得研究人员能够直接测试他们关于是什么创造了这些高能X射线的想法
木星与宇宙中的其他磁性物体——磁星、中子星和白矮星——也有许多物理相似之处，但研究人员并不完全了解粒子是如何在这些物体的磁层中加速并发出高能辐射的
通过研究木星，研究人员可能会揭示我们还不能访问的遥远来源的细节
关于任务的更多信息 NuSTAR于2012年6月13日推出
这是一个由加州理工学院领导、JPL为美国宇航局科学任务局管理的小型探索者任务，是与丹麦技术大学和意大利航天局合作开发的
望远镜光学系统是由哥伦比亚大学建造的；美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特和DTU的戈达德太空飞行中心
航天器是由轨道科学公司建造的
在弗吉尼亚州的杜勒斯
NuSTAR的任务操作中心在加州大学伯克利分校，官方数据档案在NASA的高能天体物理学科学档案研究中心
意大利航天局提供任务的地面站和一个镜像数据档案
加州理工学院为美国宇航局管理JPL
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