木星内部磁场随时间而变化吗?

美国宇航局“朱诺”号探测器在木星上进行了第一次明确的探测,在我们地球之外发现了一个随时间变化的内部磁场,这一现象被称为“长期变化”。“朱诺”号确定,这颗气态巨星的长期变化极有可能是受木星深层大气风的驱动。这一发现将有助于科学家进一步了解木星的内部结构(包括大气动力学)以及木星磁场的变化。其研究发现于2019年5月20日发表在《自然天文学》上。

圣安东尼奥西南研究所朱诺号首席研究员斯科特·博尔顿(Scott Bolton)说:几十年来,长期变化一直是行星科学家的愿望清单这一发现的发生只能归功于朱诺号极其精确的科学仪器,以及朱诺号轨道的独特性质。朱诺号从一个极点到另一个极点的飞行过程中,会低空飞越地球。描述行星磁场需要近距离测量,朱诺号的科学家们比较了美国宇航局过去的木星任务(先锋10号和11号,旅行者1号和尤利西斯)和木星磁场新模型(JRM09)的数据。

  • 这张来自动画的图片显示了木星在某一时刻的磁场,大蓝点是赤道附近的一种肉眼看不见的磁场集中,它是一个特别强的特征。图片:NASA/JPL-Caltech/Harvard/Moore et al

这个新模型是基于“朱诺”号的磁力仪在木星前八次科学探测中收集到的数据,磁力仪能够生成详细的磁场三维地图。科学家们发现,从先驱者号宇宙飞船提供的第一个木星磁场数据到朱诺号提供的最新数据,磁场发生了微小但明显的变化。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学朱诺号科学家Kimee Moore说:在木星磁场这样巨大的天体中发现如此微小的变化是一项挑战。40多年来的近距离观测为我们提供了足够的数据来证实木星磁场确实会随着时间而变化。

  • 美国国家航空航天局“朱诺”号宇宙飞船在木星近距离掠过木星时,捕捉到了木星大红斑和南半球的壮观景象。图片:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

一旦朱诺号团队证明确实存在长期变化,他们就试图解释这种变化可能是如何发生的。木星大气风(或纬向风)的运行最好地解释了其磁场的变化。这些风从行星表面延伸到超过1860英里(3000公里)深的地方,在那里,行星的内部开始从气体变成高导电性的液态金属。据信,它们会剪切磁场,拉伸磁场,并将磁场带到木星各处。木星长期变化最大的地方是它的大蓝点,这是木星赤道附近一块强烈的磁场。

大蓝点,其强大的局域磁场,以及在这个纬度上的强纬向风的结合,导致了木星世界磁场中最大的长期变化。令人难以置信的是,一个狭窄的磁热点,即大蓝点,几乎可以对木星所有的长期变化有影响,但数字证明了这一点。有了对磁场的新理解,在未来的科学研究中,科学家们将开始绘制木星长期变化的行星图。它也可能对研究地球磁场的科学家有应用价值,因为地球磁场中仍有许多未解之谜。