牧夫天文|嘘……朱诺看到了木星上的精灵和小鬼

_本文原题：嘘……朱诺看到了木星上的精灵和小鬼
周一 · 知古通今|
作者：王茸
校对：杨伯顺王婧彧张砚斌张宇辰
审阅：牧夫天文校对组
美编：徐⑨坤
后台：库特莉亚芙卡李子琦徐⑨坤
号外！号外！朱诺在木星的高层大气中探测到了短促有力的紫外闪光。这些现象被科学家们认为是木星大气中的“精灵和调皮小鬼现象” 。听起来又酷又好玩有木有？大气精灵（sprites）和调皮小鬼（elves）是雷暴发生时附近大气区域的光学现象，都属于大气瞬态发光事件（Transient Luminous Events，简称TLE's）。

本文插图
Credit: University of Alaska Fairbanks
上图就是第一张被拍摄下来的地球大气精灵。这种大规模的放电现象出现在雷暴云的上方，形状变化多端，由云底和地面的正极闪电（电子向上传递）诱发。色彩上一般有红橙和蓝绿这两个范围，下端像长了触须，上端看似弧状。 Sprites在字面上既是精灵的意思，也是Stratospheric/mesospheric Perturbations Resulting from Intense Thunderstorm Electrification 这个复杂词组（强雷暴起电引起的平流层扰动）首字母的缩写。
那调皮小鬼（elves）又是怎么回事呢？Elves是另一个复杂词组 Emission of Light and VeryLow Frequency perturbations due to ElectromagneticPulse Sources（电磁脉冲引起的发光与甚低频扰动）中加粗部分的首字母组合。事实上，小鬼们并没有活灵活现，反而是一副低沉、暗淡的样子，通常只能持续1毫秒，但是小鬼发出的微光却能覆盖大约直径400千米的范围。雷暴上方100千米的电离层，就是小鬼们的乐园啦。之前由于难以捕捉，在很长一段时间，小鬼们的颜色一直是一个谜，不过近来的研究越来越倾向于小鬼们可能最爱红色系。

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Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI
言归正传，我们来看看女一号朱诺发现了什么鬼怪。上面这副紫外影像中，在木星南极区域，那处被黄色实线圈出的部分，就是所谓的精灵现象，表现为明亮的短时光闪。注意，不要和南极上空的大片极光现象混淆。此外，大家还可以看到伊娥(Io ，木星卫星)留下的磁性脚印，就是光闪闪的那圈。伊娥靠近木星时，木星的极光就会有神奇的光环耶！爱的磁性……赞赞赞！
就是那个在紫外成像上看到的精灵，干扰了我们最近对木星的研究。不过木星那湍急的大气层，住些精灵小鬼也不奇怪！敲个黑板，本文女二号，米国西南研究院(Southwest Research Institute)的罗西尼童鞋(Rohini Giles)在上周二（10月27日）向大家介绍了朱诺的发现。从2016年8月至2020年7月，朱诺一共看到了11次紫外闪光呢！
首先，它们不可能自发放电。木星大气层是不会传导紫外辐射的，所以这些闪光必须在比雷暴云高得多的大气中生成。有多高？科学家们的估算高度是比1个大气压平面高出约260公里。
每次闪光只会持续几毫秒，想象一下朱诺所看到的这些闪光会是什么样子？其实就接近于点闪。这说明什么呢？这些点光源不可能覆盖超过1000公里的范围。那这些引人好奇的闪光又发生在哪里？就在那些容易形成雷暴的高层区域中。
罗西尼和她的伙伴们推测这些闪光就是我们前文解释过的大气精灵和调皮小鬼现象。事实上，大气瞬态发光事件并不是什么新生事物，几十年前，人类就观测过地球上的这些“妖魔鬼怪们” 。只不过直到1989年才第一次被拍摄下来。它们因电磁扰动而生，通过放电被我们看到。分页标题
但是，场景换到了木星，这种瞬态发光事件就不容易在可见光范围内被看到，因为它们的始作俑者是氢分子(H2) ，而不是地球高层大气中的氮分子(N2) 。

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Credit: Jesper Gr?nne / S&T Online Photo Gallery
若是有幸在地球上看到这种罕见的大气精灵现象，你看到的会是红色的精灵。但在多氢的木星大气中就不同了，那里的精灵是蓝色或者粉色的。

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蓝精灵你好
Credit: NASA
早在2009年，以色列的一个研究团队就已经预测过其他星球的大气瞬态发光事件会是什么样子。那多年后的朱诺看到的是什么样呢？据罗西尼称，木星上这些被朱诺看到的闪光完全符合“精灵”的特征。再贪心一点，要是能研究不同星球上的瞬态发光事件，对于研究星球磁场也是大有裨益的。
絮叨了这么多，还剩下一个悬念没有答案。
那就是——
朱诺无法判断这些紫外闪光和雷暴云产生的闪电是否是同时发生的。为啥？原因出在了朱诺的结构上，因为紫外仪器和可见光仪器没被安在同侧……这种设计会导致两种仪器有10秒的工作间隔……当然，这个悬念也给下一步研究埋下了伏笔。
谁来救场呢？希望无线电和等离子波的测量仪器能帮上忙吧。强烈的放电是有可能产生长波辐射的。
毕竟，在木星这个熙熙攘攘的舞台上，幕布从来都没有落下过。
参考文献：
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/juno-discovers-sprites-and-elves-on-jupiter/
https://en.wikipedia.org/wiki/Upper-atmospheric_lightning
https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7769
https://www.discovermagazine.com/the-sciences/ios-footprint-on-jupiter-takes-the-lead
https://phys.org/news/2020-10-juno-sprites-elves-frolic-jupiter.html

本文插图
木星上的雷暴
【牧夫天文|嘘……朱诺看到了木星上的精灵和小鬼】Credit: NASA