✊ 😸 👴 太阳系行星上的极光 👐🏾 ✔️ ◀️

当然，那些一生中至少有一次亲眼看到过北部（或南部）极光的人会说，这真是一个奇妙的景象。地球上的自然奇迹，一个人可以用肉眼在地球上观察到的宏伟现象。在数十万公里外的高空，大气中的辉光是如此丰富多彩，充满动感，给人以活泼，动感，呼吸的感觉……

但是，只有我们的星球才能拥有这种壮观的景象吗？如果不是土著人民，那么将来的殖民者，例如火星或木星卫星，能观察到类似的东西吗？

极光出现在任何星球上需要什么？

根据定义，极光是指由于它们与太阳风的带电粒子相互作用而在磁层中发光的高层大气层。

因此，我们需要：

1.太阳风是质子，电子，氦原子核等带电粒子的流。-整个太阳系始终存在。
行星或它们的卫星：
2.大气与太阳风将相互作用的原子。
3.将带电粒子引导到行星的特定区域（不一定是极性的磁场），磁场的磁轴与行星的旋转轴之间的夹角可能很大。

让我们看看它如何在地球上运作。

大地

地球可以看作是一块大磁铁，其南极位于北极的北极附近，而北极则位于南极。由于太阳风的压力，地球的地磁线从太阳一侧略微压缩，并沿相反的方向拉动，从而在地球上形成了磁层尾。

太阳风粒子与地球磁层相互作用时的行为如何？ -在近地空间中，一切都发生在超音速飞机上。 -太阳风以超音速（400-700 km \ sec）的速度在行星的磁层上流动，导致形成所谓的头部冲击波。 -（地球轨道上太阳风的速度大约是近地等离子体中声速的10倍。）

因此，头部冲击波是一个磁性障碍物，它使太阳风的带电粒子沿着行星周围的轨迹偏转。在其上飞行时，大多数带电粒子仅在磁层周围流动。

太阳等离子体的一部分掉入地球辐射带的磁阱中-带电粒子很难跨过力线移动，它们只是缠绕在它们周围，并且可以在极间悬挂数十年。

而且仍然有一部分通过极尖自由地进入极地电离层-漏斗形的区域从地球扩展到磁层顶，这是太阳风和地球磁场相互作用的结果。

通过尖端，太阳风的粒子在高纬度的两个区域“溢出”到行星大气的上层。

地球磁层

这些区域是两个椭圆形（在北半球和南半球），晚上远离地磁极约20°，下午远离地磁极10°。这些椭圆形区域的纬度长度只有几百公里。
在强烈的磁暴中，椭圆形强烈地移向赤道。

而且，如果在一个安静的太阳时段，极光的强度小一点，那么在太阳活动期间该物质就会加剧。日冕物质（来自太阳日冕的等离子体）的排放大大增加了太阳风的强度。

磁层亚暴增加了火势。在它们的过程中，在地磁尾部（在地球的夜侧），行星际磁场的力线和地球的地磁场重新连接。结果，线路拓扑发生变化，爆炸性释放的能量被转换为新的电流，称为“电喷流”。除其他事项外，电喷加热并加速带电粒子，将其转变为高能等离子体流。

由于太阳风和太阳冠状物质的喷发分别主要是质子和电子，因此区分了两种类型的极光。

电子极光

由电子流引起并在地球上盛行。这些都是熟悉的绿色或紫罗兰色覆盆子弧形，辐射条纹，缎带，窗帘和其他结构，具有明确定义的结构。

怎么形成的。 -进入地球大气层的太阳等离子体电子下降到海拔400-100公里的高度。在此，在它们的作用下，中性大气（氧气和氮气）发生电离，并激发其原子和分子。响应于此，大气中的氧气和氮气的分子，原子和离子在严格定义的波长下发射光量子。

这决定了极光的颜色：例如，氧气负责绿色（其最强的线条），而氮气负责紫色，蓝色或红色。通常，每个极光都有自己独特的色调，这取决于大气中化学成分的百分比不断变化。

电子通量不仅在可见光范围内引起地球上的极光。

X射线极光在地球上很少见，但仍仅在木星上发现。

极地轨道卫星在1997年4月11日记录到的最强X射线极光。 图片显示了由于高能电子的通量而在高层大气中产生的X射线（常规颜色）。

质子极光

这也是地球上相当罕见的现象，它对地球天空发光的贡献相对较小。

进入地球大气层的质子也会与大气中的分子和原子发生碰撞，使它们激发并电离。但是，与此同时，质子可以捕获自由电子，并且将发生充电过程。结果，形成了中性氢原子，其可以发射可见光和紫外线范围内的光子。

质子极光的最常见形式是一个相当宽的弧，从东向西拉长，宽度为300至1000 km。也有拱门和简单的分散点。

密歇根州红质子拱

紫外线范围内的强大质子极光。 图片来自IMAGE卫星

现在，让我们看看其他行星上的极光情况如何。

水星

一切都不好。

尽管存在磁场，但是磁场强度比地球小100倍，但实际上地球上没有大气层。它是如此稀少，以至于太阳风的粒子本身就构成了行星的大气层，再加上被撞出表面的原子。大气原子更经常与地球碰撞，而不是彼此碰撞。

金星

看起来还不错。

与水星相对的情况是稠密的大气层，没有全局磁场。但是尽管如此，金星的磁层很弱-它是由太阳风本身而不是行星所感应的。

在2000年代，金星快车发现磁层尾部与地球相似，延伸到金星后面。在其中也发生了磁力线的重新连接。 -移动中的太阳能等离子体的全向线彼此太靠近并且被封闭。

由重新连接过程控制的太阳风与金星的大气完全相互作用。因此，这里的极光不是完全极性的，或者根本不是极性的，并且代表各种形状和强度的光斑和扩散斑。有时它们会影响整个行星盘。在行星的夜晚特别清晰可见。

火星

火星上也没有全局磁场，但是，地壳存在残留的局部磁化强度，特别是在南半球的高地。

火星的气氛稀薄稀少，主要由二氧化碳组成。当与沿局部磁场线加速的太阳风电子相互作用时，可以观察到稀有和短期的紫外线电子极光。

2004年8月14日，SPICAM仪器在Cimmerian陆地地区的Mars Express轨道站上记录了这种现象。辐射区域的总大小约为30公里，高约8公里。

火星的局部磁场

但是质子极光，是MAVEN轨道飞行器于2017年9月12日至13日首次在太阳风暴期间记录的，与更强大和全球性的不同。它们几乎可以覆盖整个星球。

火星被广泛的中性氢冠包围。在日冕中经历充电过程的太阳风质子，通过头部冲击波（仅容纳带电粒子）以中性原子的形式穿透（仅保持带电粒子），并与较低热层（在110-130 km的高度）中的大气气体的原子和分子相互作用，产生紫外线辐射。

好奇号火星车在这次太阳风暴期间记录的火星表面辐射水平打破了所有早期记录，几乎是其读数的两倍。
（好奇号具有这样的设备-“辐射评估检测器”或RAD。它收集数据以估计会影响未来远征火星参与者的辐射背景水平。该设备几乎安装在流动站的“心脏”中，模拟了太空中的一个人。船）。

因此，在太阳风暴期间，火星上的殖民者最好躲在某个地方。

紫外线数据叠加在事件发生之前（左侧）和活动期间（右侧）的夜间火星图像上。 沿着大气层的发光层，极光辐射似乎是行星图像边缘最亮的部分。

天然气巨头

太阳系的四个巨型行星拥有极光外观的一切-强大的大气层和强磁场。

从地球（通常从太阳系的内部区域）进行观测的不愉快之处在于，它们面对的是观测者，太阳的一面为太阳。因此，在可见光范围内，它们的极光在反射的阳光下消失。

但是，可以“检测”其他电磁范围内的极光。 -哈勃太空望远镜记录了巨人富含氢的大气层的紫外线辐射。钱德拉太空望远镜再次捕获了X射线范围。红外甚至可以探测到地面上的斯巴鲁。

木星系统

我是否需要说太阳系中最大的行星具有最强大的极光？另外，与地球不同，木星的极光是永久的。
木星极光的一个令人惊奇的特征是它们的出现不仅是由于太阳风，而且是由于地球上的卫星：艾欧，木卫三和欧洲（在这些卫星上也观测到了极光）发出的粒子流所致。

Io的存在受到特别影响，因为该卫星具有火山活动性，并具有自己的电离层。

木星极光。 哈勃组合射击，可见范围和紫外线。

小木卫一在木星的磁场形成中起着重要作用。 -她的火山向大气排放大量电离和中性的硫，氧，氯，原子钠和钾，分子二氧化硫以及氯化钠粉尘。木星的磁层以1吨/秒的速度从木卫一的稀薄大气层吸取了所有这些物质。

在这种情况下，取决于电离，该物质消失为卫星周围的稀疏中性云（图中的黄色斑点）或围绕整个木星的等离子圆环（也存在红色区域）消失。

木星磁层和Io的示意图：等离子环面（红色），中性云（黄色），通量管（绿色）和磁场线（蓝色）

艾奥如何影响木星的极光？事实证明，行星从其卫星“窃取”的部分离子化气体沿着磁场的力线被引导到其极点（上图中的绿色垂直环）。事实证明，这是一个连接艾欧和木星极区的管，通过该管将带电粒子泵送到那里。结果，在木星的大气层中形成了Io的“烙印”：一个极光点，它随着卫星的旋转有些滞后。

根据2005年春季哈勃太空望远镜的影像制作的动画。 艾奥的足迹在右边可见

木星的极光以类似的方式，但程度要小得多，受到它的另外两个卫星-欧洲和木卫三的影响。它们的极光点是由于氧，硫和可能的碳的高电荷离子形成的，它们主动交换电荷。

艾欧，木卫三和欧洲的极光或热点（在紫外线下）是连接卫星电离层和木星电离层的磁力线。
主环内部不时出现的亮点被认为与磁层和太阳风的相互作用有关。

木星的北部和南部极光。 哈勃望远镜的各种仪器（可见范围和紫外线）拍摄的行星照片和极光照片。

木星的X射线极光非常有趣。 -首先，木星是太阳系中唯一具有X射线极光的气体巨人。其次，与地球不同，在北极和南极的极光几乎是彼此的镜像，在木星两极的辐射是“不同步的”-南方和北极的极光彼此独立地表现并且改变其强度。

另外，木星的X射线脉动。在南极-每11分钟一次，但在北极极地不稳定，极光独立活动并以不同的频率改变其活动-在不同的时间段-从12到26分钟，甚至长达40-45分钟。
这种不同步和波动的原因仍不清楚。

木星北半球和南半球的X射线极光。 XMM-牛顿和钱德拉X射线卫星数据

还有另一个问题-木星如何赋予其磁层中的粒子大量能量，以产生恒定的X射线流？

有一个假设认为，行星将氧离子加速为令人难以置信的高能量，当它们以每秒一千公里的速度与大气碰撞时，会失去所有八个电子。钱德拉，XMM-牛顿和朱庇特站朱诺的未来观测结果应该揭示出这一过程的本质。

哈勃与钱德拉X射线合影

摄影机“ Juno”在木星北极上方可见范围内的极光的照片+重建。 木星轨道站允许观察行星的阴暗面。 2018年12月18日。

用斯巴鲁望远镜拍摄的木星南极极光的红外图像。

与地球上一样，高层大气中与太阳风相互作用的气体也被加热。 但是，木星大气的加热深度是地球的两倍或三倍，达到平流层的较低水平。

好吧，您一定会注意到木卫三 -太阳系中最大的卫星，也是唯一一个拥有自己磁层的卫星。它很小，浸没在木星的磁层中。但是，木卫三的存在也具有弱的氧气气氛，并导致紫外线极光的存在。

观察木卫三极光（它们取决于木星磁场的变化，而木卫三上的极光似乎“摇摆”），科学家得出了一个惊人的结论：在木卫三地壳下，含有大量的盐水，它会影响其磁场。

咸海的存在会产生一个次级磁场，使您可以承受木星的影响。这种“电磁摩擦”以某种方式抑制了极光的摇摆。在实践中，极光的摆动减小到2度（而不是6度，如果不存在海洋，则可以观察到）。

根据科学家的说法，海洋的深度为100公里，即比地球的海洋深约10倍。没错，木卫三海洋被埋在150-170公里的冰壳下。