作为太阳系中体积最大、质量最大的行星，木星也是太阳系中最神秘的天体之一。这一点在木星强大的极光中表现得尤为明显，它在某些方面与地球上的极光相似。近年来，天文学家试图研究木星大气和磁气圈的模式，以解释木星上的极光活动是如何运作的。
例如，由伦敦大学学院的研究人员领导的一个国际团队最近将“朱诺”号探测器的数据与x射线观测相结合，以发现有关木星南北极光的一些有趣现象——木星强烈的x射线极光相互独立地脉动。
这项名为“木星南北x射线极光的独立脉动”的研究是由穆拉德空间科学实验室和伦敦大学学院行星科学中心的物理学家威廉·理查德·邓恩领导的。该团队还包括来自哈佛-史密森天体物理中心(CfA)、西南研究所(SwRI)、美国宇航局马歇尔太空飞行中心、喷气推进实验室和多个研究机构的研究人员。
木星有壮观的极光，就像这张由哈勃太空望远镜捕捉到的景象。资料来源:NASA、ESA和J. Nichols(莱斯特大学)
如前所述，木星的极光与地球的有点相似，因为它们也是来自太阳的带电粒子的原因。（又叫“太阳风”)与木星磁场相互作用。由于木星和地球磁场的结构，这些粒子被引导到北极和南极地区，在那里它们在大气中被电离。这就形成了在太空都可以看到的美丽的极光。
过去，美国宇航局的钱德拉x射线天文台和哈勃太空望远镜曾在木星的两极周围发现过极光。研究这一现象及其背后的机制也是“朱诺号”任务的目标之一。“朱诺号”目前处于研究木星两极的理想位置。探测器每运行一圈，就会从木星的一个极点移动到另一个极点——这一操作被称为“天幕行动”。
为了他们的研究，邓恩博士和他的团队被迫查阅欧洲航天局的xmm -牛顿和美国宇航局的钱德拉x射线天文台的数据。这是因为，尽管“朱诺”号探测器已经获得了木星大气的壮丽图像和数据，但它并没有携带x射线仪器。当他们检查了x射线数据后，邓恩博士和他的团队注意到了木星南北极光的不同。
北极的x射线辐射是不稳定的，亮度有增有减，南极的x射线辐射每11分钟持续脉冲一次。基本上，极光的出现是相互独立的，这与地球上极光的活动不同，换言之，极光的活动是相互反映的。邓恩博士在伦敦大学学院最近的一次新闻发布会上解释道:
“我们没想到会看到木星的x射线热点独立地脉动，因为我们认为它们的活动将通过木星的磁场来协调。我们需要进一步研究这个问题，以启发出关于木星如何产生x射线极光的想法，而NASA的朱诺号任务对这一点非常重要。”
x射线观测时间为2016年5 - 6月至2017年3月。利用这些，研究小组制作了木星x射线辐射的地图，并确定了每个极点的热点。热点覆盖的面积比地球的表面积还大。通过对它们的研究，邓恩博士和他的同事能够识别出表明它们行为不同的行为模式。
自然而然的，团队想知道是什么导致了这种情况。他们提出的一种可能性是，木星的磁力线振动，产生的波携带带电粒子走向两极。这些粒子的速度和方向可能会随着时间的推移而改变，导致它们最终与木星的大气层相撞，并产生x射线脉冲。
兰开斯特大学的物理学家和论文的合著者Licia Ray博士解释道:
“木星的x射线热点的行为提出了重要的问题，什么过程产生这些极光。我们知道太阳风离子、氧离子和硫离子的组合，最初是由木星的卫星木卫一的火山爆发引起的。然而，它们在产生x射线辐射方面的相对重要性还不清楚。”
正如伦敦大学学院空间与气候物理系的教授、该研究的另一位合著者Graziella branduardii - raymont所指出的，这项研究的存在归功于他的多重任务。然而，自2016年7月5日以来一直在木星周围运行的“朱诺”号任务的完美时间特性使得这项研究成为可能。
钱德拉x射线天文台和哈勃太空望远镜的合成图像显示了木星上的高能x射线极光。左图是日冕物质抛射到达木星时的极光，右图是日冕物质抛射到达木星时的极光。极光是由太阳的日冕物质抛射触发的，该抛射于2011年到达地球。
来自钱德拉X射线天文台和哈勃太空望远镜的合成图像显示了木星高能X射线极光。图片来源：X射线：NASA/CXC/UCL/STScI/W.Dunn et al.
他说:“我发现这些观测特别吸引人的地方，特别是在朱诺号进行实地测量的时候，是我们能够同时看到木星的两个极点，这是一个极为罕见的机会，而上一次出现是在10年前。”“通过比较两极的行为，我们可以了解更多地球环境中复杂的磁场相互作用。”
展望未来，邓恩博士和他的团队希望将XMM-Newton和钱德拉的x射线数据与朱诺收集的数据结合起来，以便更好地了解x射线极光是如何产生的。该团队还希望在接下来的两年里，利用x射线数据和“朱诺号”一起跟踪木星两极的活动。最后，他们希望看看这些极光是常见的还是不寻常的现象。
“如果我们能够开始将x射线信号与产生它们的物理过程联系起来，那么我们就可以利用这些信号来了解宇宙中的其他天体，比如褐矮星、系外行星，甚至是中子星，”邓恩博士说。“对于理解宇宙中的x射线来说，这是非常强大和重要的一步。只有当朱诺号与钱德拉和XMM-Newton同时进行测量时，我们才会有这一步。”
在未来的十年里，欧洲航天局提出的木星冰卫星探测器(JUICE)也有望提供木星大气层和磁层的有价值的信息。一旦它在2029年到达木星系统，它也将观察木星的极光，主要是为了研究这些极光对伽利略卫星(木卫一、木卫二、木卫三和木卫四)的影响。