그들이 태양계, 목성과 토성, 가스 거인, 얼음 거인 인 천왕성과 해왕성의 먼 태양열 도달 범위에서 살고있는 것처럼 항상 서리가 내릴 것으로 예상되었습니다. 그러나 NASA의 Voyager 우주선이 1970 년대 후반과 1980 년대 후반에 항해했을 때, 과학자들은 네 가지 세계가 모두 행성 열병을 운영하고 있음을 발견했습니다.
지상 망원경과 갈릴레오와 카시니 우주선에 의한 후속 관찰은 행성 전체의 열이 시간이 지남에 따라 지속되었음을 보여 주었다. 예를 들어, 목성의 낮은 위도는 섭씨 -110도이어야합니다. 대신, 대기는 325도에서 요리합니다. 이 뒤에는 어떤 시크릿 소각로가 있습니까? 그리고이 알려지지 않은 열원은 지구상의 단일 지점 일뿐 만 아니라 전체 상위 대기가 어떻게됩니까?
과학자들은이“에너지 위기”를 설명하려고 노력했지만 일본 항공 우주 탐사 기관의 행성 천문학자인 제임스 오도 노그 (James O'Donoghue)는“약 50 년 동안 혼란 스러웠다”고 말했다. 이제 두 개의 논문이 모든 열이 나오는 곳을 결정적으로 공개했습니다 :목성과 토성의 북쪽과 남쪽 조명 - 오로라.
결과는 두 가스 거인의 상부 대기의 상세한 측정에서 비롯됩니다. 토성의 대기 온도는 기동 기간 동안 카시니 우주선에 의해 취해졌습니다. 목성은 거대한 하와이 화산 위에 망원경을 사용하여 함께 꿰매어졌습니다. 둘 다 대기가 두 자기 극 아래의 오로라 영역 근처에서 가장 뜨겁다는 것을 보여줍니다. 적도에 접근하면 온도가 떨어집니다. 분명히, Aurora는 열을 가져오고 있습니다. 그리고 라디에이터와 마찬가지로 그 열은 거리에 따라 감소합니다.
에너지 위기에 대한 해결책은 광범위한 파급 효과가있을 수 있습니다. 우리 자신의 태양계에서 먼 별을 공전하는 행성에 이르기까지 행성은 항상 대기를 유지하지는 않습니다. 많은 가스가 많은 봉투가 시간이 지남에 따라 파괴되며, 어떤 경우에는 거대한 세계를 작고 거주 할 수없는 껍질로 바꿉니다. 연구원들은 이것들을 거주 가능한 지구와 같은 행성과 구별 할 수 있기를 원합니다. 애리조나 대학교 (University of Arizona)의 연구원 인 자라 브라운 (Zarah Brown)은“우리가 알고 싶은 주요 매개 변수 중 하나는 가스가 우주로 손실되는 곳이기 때문에 외부 대기의 온도입니다.”
는 말했다.Alien Auroras
지구의 북쪽과 남부 조명은 아직 완전히 이해되지 않았지만 기본은 분명합니다.
태양은 자기장의 발리와 에너지 입자를 우주로 쏘아냅니다. 태양풍으로 더 잘 알려진이 발리가 우리 지구에 도달하면, 그들은 자기권으로 알려진 지구의 자기 거품과 상호 작용합니다. 에너지 입자는 지구의 북쪽과 남쪽 자기 극으로 나선형입니다. 그곳에서 그들은 상부 대기에서 가스 원자와 분자를 핑합니다. 이러한 영향은 가스에 일시적으로 활력을 불어 넣어 가시 광선의 플래시를 방출합니다.
일반적으로 Auroras는 에너지 입자의 공급원, 자기장 및 대기의 세 가지 성분이 필요합니다. 목성과 토성은 세 가지를 모두 가지고 있지만 행성의 오로라는 지구의 지구와는 다릅니다.
지구의 자기장은 발 아래 깊은 액체 니켈-아이언 합금의 휘젓기에서 비롯됩니다. 그러나 가스 거인에는 액체 이론 코어가 없습니다. 대신, 행성의 엄청난 중력은 외부 코어에 거대한 양의 액체 수소를 압박합니다. 이 과정은 수소를 자기 생성 금속으로 바꿉니다.
금속 수소의 이러한 소용돌이가 너무 엄청나기 때문에 가스 거인의 자기권은 지구의 릴리페티아를 보이게 만듭니다. O'Donoghue는 목성의 자기권이“태양계에서 가장 큰 구조”라고 말했다. "꼬리는 토성으로 내려갑니다."
가스 거인은 또한 태양과의 거리가 증가함에 따라 태양 바람의 풍성한 입자 또는 혈장의 풍부한 공급에 의존 할 수 없습니다. 대신, 그들은 화산 연금술 행위에 의존합니다.
목성은 과학에 알려진 가장 화산 대상 인 Moon IO에서 혈장 대부분을 얻습니다. IO의 근접한 마법 분화는 우주에 풍부한 화산 재료를 풍부하게했다. 그곳에서 햇빛에 목욕을하고 전기적으로 흥분한 다음 목성으로 샤워를합니다. 토성의 플라즈마의 대부분은 거울 같은 얼음 달 인 Enceladus에서 나옵니다.
이 플라즈마는 행성의 광대 한 자기권으로 쏘아 기둥으로 가속합니다. 그곳에서 혈장의 하전 된 입자는 대기의 가스 분자와 충돌합니다.
토성의 오로라는 대부분 자외선을 방출합니다. 목성에서는 자외선과 적외선 파장에 있습니다. 그러나 빛을 만드는 과정은 열을 만드는 과정과 동일하지 않습니다. 이 경우“마찰에 관한 모든 것”이라고 O'Donoghue는 말했다
혈장은 필드 라인을 통해 행성의 자기 극으로 흐릅니다. 이 덩굴손과 그들의 개울은 행성과 함께 회전합니다. 그러나 그들은 때때로 속도를 유지하기 위해 고군분투합니다. 예를 들어 목성은 10 시간마다 한 번씩 회전합니다. 그 플라즈마의 흐름이 지구의 회전 뒤에 뒤떨어지면 목성의 강력한 바람이 강한 바람이 밀려납니다. 느리게 움직이는 혈장 스트림에서 이러한 바람의 드래그는 마찰을 만듭니다. 그리고 그 마찰은 아마도 목성의 경우 행성이 태양에서 얻는 것보다 125 배 더 열을 더합니다. O'Donoghue는“이것은 일종의 견과류입니다.
천문학 자들이 오로라가 행성 열원의 원천인지 궁금해하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 보스턴 대학교 (Boston University)의 선임 연구 과학자 인 루크 무어 (Luke Moore)는“수십 년 동안 오로라에는 많은 에너지가 있다는 것이 분명했다. 그러나 천문학 자들은 의심에서 확실성으로 탐색하기 위해서는지도가 필요했습니다. 특히 가스와 얼음 거인의 상부 대기의 열지도. 그것으로, 그들은 가장 높은 온도가 오로라에 겹쳐 질 수 있는지, 그리고이 열이 지구 전체에 확산되고 있는지 알 수있었습니다.
첫 번째지도는 최종 행위에서 나왔습니다. 2017 년 4 월, 토성 주변에서 13 년 동안 궤도에서 궤도를 돌린 후, NASA의 Cassini 우주선은 놀라운 일을하도록 명령했습니다. 지구의 22 개의 궤도를 만들면서 반복과 고리 사이를 반복적으로 다이빙합니다. 우주선이 토성의 구름에서 불에 타 버렸을 때 2017 년 9 월 15 일에 끝나는 소위 그랜드 피날레는 카시니가 다른 사람과 마찬가지로 세상을 클로즈업 한 전망을주었습니다.
카시니가 토성 근처에 가까워지면서 밝은 별을 넘어 행성의 분위기를 뚫었습니다. 이 별들로부터의 빛은 빛이 통과 한 대기의 밀도에 따라 변하는 것처럼 보였다. 가스의 밀도와 온도는 관련이 있으므로 연구자들은 토성의 상위 대기의 낮과 밤 모두에 대한 상세한 열 맵을 생성하기 위해 별의 오컬트 (stellar occultations)로 알려진 수십 개의 이러한 측정을 사용했습니다.
.작년에 자연 천문학 에 출판되었습니다 , 열지도는 오로라 주변의 열적 스파이크와 적도를 향한 온도에서 부드러운 하락을 보여 주었다.
마치 오로라가 책임을지는 것처럼 보였습니다. 그러나 토성 연구의 수석 저자 인 브라운은“토성에 대한 우리의 에너지 재분배 이론이 옳다면 목성을 위해 노력해야 할 것”이라고 말했다.
이제 O'Donoghue와 그의 동료들의 작품으로 인해 그것이하는 것처럼 보입니다.
목성의 상부 대기 열병을 자체 오로라로 기증 한 히트 맵도 필요했습니다. 그러나 그러한지도를 만드는 것은 쉽지 않습니다. 지구의 혼란스러운 상위 대기는 주마다 변합니다. 하룻밤에 기둥 근처에서 측정 할 수는없고 몇 주 후에 돌아와서 적도 근처의 측정과 비교하십시오. 시간이 지남에 따라 하늘은 크게 변할 것이며 열 흐름의 증거가 사라질 것입니다.
연구자들이 필요로하는 것은 비교적 짧은 순간에 만들어진 글로벌 히트 맵이었습니다.
O'Donoghue, Moore 및 Company는 Hawai'i의 휴면 Mauna Kea 화산 꼭대기에 Keck Observatory로 향했습니다. 그들은 이틀 동안 2 박 (2016 년 4 월 14 일과 2017 년 1 월 25 일)에 걸쳐 적외선으로 목성을 관찰하는 데 5 시간 동안 사용했습니다. 매일 밤 그들은 목성의 날 측의 고해상도 열지도를 만들었습니다. 두 맵은 분명히 오로라 지역 주변의 온도를 분명히 보여 주었고, 섭씨 730도에 닿았습니다. 이 열 정열은 당신이 적도에 접근함에 따라 점차적으로 감소했는데, 여기서 수은은 여전히 인상적인 325도에 닿았습니다.
그들의 결과는 현재 자연 에 수락 된 사전 인쇄물로 제공됩니다. , 카시니가 토성에서 본 것과 조화를 이루십시오. [ 편집자 주 :이 논문이 이제 출판되었습니다. ] 결과는 오로라가 에너지 위기를 해결할 수 있다는 어려운 증거로 간주되었습니다. 웨일즈에있는 Aberystwyth University의 우주 물리학 연구원 인 Rosie Johnson은“어느 종이에도 관여하지 않은 Rosie Johnson은“오로럴 난방이라는 것을 알면서 큰 발전입니다.
영국 랭커스터 대학교 (Lancaster University)의 우주 및 행성 물리 연구원 인 Licia Ray는 어느 논문에도 관여하지 않은 토성 연구의 엄격한 데이터 세트를 칭찬합니다. 그러나 그녀는 목성 신문에 덜 확신이 있습니다. "그들은 이틀 밤의 데이터 만 사용하고 있으며 문제가된다고 생각합니다."라고 그녀는 말했습니다. 그러나 그녀의 오해에도 불구하고,“Jupiter의 온도 구배 결과는 아마도 토성에서 그것을 보았 기 때문에 가능할 것”이라고 그녀는 말했다.
무어는“이 거대한 행성이기 때문에이 거대한 행성이기 때문에“공정한 관심사는 비교적 적다”고 말했다. 목성 관찰의 추가 밤이 수집되어 현재 처리 중입니다.
어쨌든 대부분의 독립 연구자들은 지구 전체의 열병이 오로라로 떨어져 있다고 확신합니다. 이 논문들은“우리가 의심되는 일이 실제로 일어나고 있다는 정말 좋은 확인을 제공합니다. "에너지는 오로랄 영역에서 낮은 위도로 누출되고 있습니다." 문제는 :어떻게?
사악한 서쪽 바람
대기 순환 모델의 대부분은 오로라에서 목성에서 열을 움직이려고 애 쓰고 토성의 서쪽으로 바람을 불어 넣는 서쪽 바람을 적도로 이동시키는 데 어려움을 겪고 있습니다. 그러나 열지도는 이러한 끔찍한 장애물이 어떻게 든 극복되고 있음을 보여줍니다.
한 가지 잠재적 해결책은 Cassini의 관찰에서 영감을 얻었습니다. 카시니는 때때로 토성의 대기의 하부 층에 대한 교란으로 인해 그 층이 상부 대기로 이동할 수 있음을 발견했습니다. 이러한 반전은 상부 대기의 강력한 서쪽 바람을 방해하고 느리게 할 수 있습니다.
이론적 으로이 메커니즘은 목성에도 적용될 수 있습니다. 그러나 가스 거인의 상위 대기에는 구름이 부족합니다 (명확한 움직임 마커)는 그곳에서 바람을 공부하는 것을“매우 도전적”이라고 말했다. 현재 에너지 위기 의이 부분은 결의안이없는 수수께끼로 남아 있습니다.
O'Donoghue의 팀은 두 번째 프로세스가 목성 주위에 열을 분배하는 데 도움이 될 수 있다고 의심합니다. 때때로, 강렬한 태양풍 활동은 목성의 자기권에 압력을 가해 압박합니다. 이전 연구에 따르면이 압축이 발생하면 IO의 혈장 스트림이 상부 대기로 빠르게 밀려날 수 있습니다. 추가 플라즈마는 강력한 서쪽 바람을 더 밀어 넣어 가열 스파이크를 생성 할 수 있습니다.
이러한 스파이크는 최근 조사 중에 볼 수 있습니다. 2017 년 1 월 25 일 시대에, 태양 바람 활동이 비교적 높았을 때 이미 온도가 튀어 나왔습니다. 이 팀은 동시에 호기심 구조를 원천에서 적도로 이동하는 호기심 많은 고온 구조를 발견했습니다. 이 현상은 2016 년 4 월 14 일에 태양풍 활동이 비교적 조용한 관찰에서 볼 수 없었습니다.
이 팀은 2017 년 초에 태양 풍력이 터지는 것이 지구의 자기권을 꼬집어 놓았을 것이라고 추측합니다. 그러나 다른 요인들도 작용할 수 있습니다. Ray는 IO에서 화산 활동이 상승하면 대안적인 설명을 제공 할 수 있다고 추측합니다. 더 이상 관찰 없이는 어떤 식 으로든 확실 할 수 없다고 O'Donoghue는 말했다.
.이러한 남아있는 quandaries에도 불구하고, 목성과 토성의 대기 방화범으로서 오로라를 결정적인 식별은 이러한 세계에 대한 우리의 이해를 크게 강화했습니다. 그러나 천왕성과 해왕성은 불확실성의 짙은 안개 속에 가려져 남아 있습니다. 브라운은 대기, 자기장 및 회전 행동이 다르고“그들은 엉뚱하다”고 말했다. 그들은 너무 멀리 떨어져있어 지구의 망원경을 사용하여 상세하게 보는 데 어려움을 겪고 있으며, 예측 가능한 미래를 위해 다른 우주선이 방문하지 않는 것처럼 보입니다. 그 날이 오기 전까지,이 먼 영역은 우리가 아직 우리가 아직 추방하지 않은 행성 열매를 맺는 낯선 사람으로 남아있을 것입니다.
업데이트 : 2021 년 8 월 4 일
이 기사가 처음 나타 났을 때, 목성의 오로라를 설명하는 연구는 사전 인쇄로만 제공되었습니다. 이제 에 출판되었습니다 자연.
