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Feb. 25 2026

木衛三極光機制與地球相似

  • 根據 2021 年 7 月 7 日朱諾號近距離飛掠木衛三所取得的資料製作之紫外線極光藝術示意圖。由於朱諾號高速掠過,紫外光譜儀僅能取得狹長條帶影像,拼接後呈現極光的整體形態(左)。放大單一條帶(右)可見,極光並非均勻光幕,而是由一連串亮斑組成。類似的極光形態也曾在地球、木星與土星上觀測到,顯示其背後可能存在共通的物理機制。

    根據 2021 年 7 月 7 日朱諾號近距離飛掠木衛三所取得的資料製作之紫外線極光藝術示意圖。由於朱諾號高速掠過,紫外光譜儀僅能取得狹長條帶影像,拼接後呈現極光的整體形態(左)。放大單一條帶(右)可見,極光並非均勻光幕,而是由一連串亮斑組成。類似的極光形態也曾在地球、木星與土星上觀測到,顯示其背後可能存在共通的物理機制。

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木衛三「甘尼米德」(Ganymede)是木星的一顆天然衛星,體積略大於水星,是太陽系中最大的天然衛星。它不僅擁有自身磁場,還具有複雜的內部結構與可能存在的地下海洋。最新觀測顯示,這顆巨大衛星上的極光,竟出現與地球極光極為相似的細部結構。這項發現意味著,極光背後的關鍵物理機制,可能並非地球專屬,而是在不同天體之間普遍存在。

這是天文學家首次清楚看見木衛三極光的細節。木衛三是太陽系中唯一擁有自身內在磁場的衛星,其磁場性質與地球相似。極光觀測是研究太空天氣的重要方法之一,因為它能直接呈現太陽風粒子進入大氣時所產生的影響。數百年來,人類在高緯度夜空中見到紅、綠、紫、藍色變幻的光芒,也就是「極光」。隨著太陽 11 年活動週期進入高峰期,近期中緯度地區也頻繁出現強烈極光。在地球上,極光來自太陽風與地球磁層的互動。當磁層能量釋放時,高能帶電粒子會沿著磁力線導引至極區上層大氣,與氧與氮氣體碰撞後發光。

極光並非地球獨有,在金星、火星、木星、土星與天王星等行星上也曾被觀測到。近十年來,隨著「朱諾號」(Juno)探測器於 2016 年抵達木星系統,相關研究取得重大進展。2021 年 7 月 7 日,朱諾號飛掠木衛三,確認其極光源自電子沉降至稀薄的氧大氣。透過紅外與紫外儀器的資料分析,來自比利時列日大學(Université de Liège)的研究團隊發現,木衛三極光在局部區域並非均勻光幕,而是呈現破碎的亮斑鏈。這類亮斑在地球極光中也常出現,通常與磁層大尺度重組與能量釋放有關。由於木衛三與木星太空環境的交互方式,某種程度上類似地球與太陽風的互動,這項發現暗示,只要存在磁層與外部等離子體環境的耦合,類似的極光物理機制就可能在不同天體上發生。

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不過,朱諾號對木衛三的近距離觀測僅持續不到 15 分鐘,且未來不會再次飛掠,因此這些亮斑出現的頻率與演變仍有待釐清。目前「木星冰衛星探測器(JUICE, Jupiter Icy Moons Explorer)」正前往木星系統,預計 2031 年抵達,並將進行專門的木衛三觀測。該探測器配備與朱諾號類似的紫外光譜儀,可長時間監測極光活動,有望進一步揭示木衛三極光的形成與變化機制。

資料來源:Université de Liège

文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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