¿Todos los planetas tienen auroras?
Basándonos en las estadísticas de las condiciones de formación de auroras en los planetas del sistema solar, podemos predecir que los tres planetas terrestres (Mercurio, Venus y Marte, compuestos principalmente por rocas de silicato) no producirán auroras, mientras que la Tierra Los otros cuatro planetas leñosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, compuestos principalmente de hidrógeno, helio, hielo, metano y amoníaco, con sólo una pequeña proporción de roca y hierro) producirán auroras. Basándonos en los últimos datos de observación e investigación, presentaremos las auroras típicas de Venus, Marte y Júpiter. Debido a que Mercurio casi no tiene atmósfera, es difícil cumplir con las condiciones necesarias para producir auroras. Hasta el momento no se han encontrado signos de aurora, por lo que no lo discutiremos.
Aurora dispersa y tenue en Venus.
Debido a que el campo magnético general de Venus es muy débil, sólo el 0,0015 del campo magnético de la Tierra. Por tanto, no debería haber auroras en Venus. Sin embargo, los científicos han observado auroras en Venus, pero sus auroras son manchas difusas que cambian de forma e intensidad, a veces abarcando todo el planeta, que son significativamente diferentes de las auroras alrededor de los polos en la Tierra. La característica de la aurora de Venus es que no tiene campo magnético, por lo que es imposible producir una magnetosfera similar a la de la Tierra. Por lo tanto, los campos magnéticos de los fuertes electrones del viento solar son incapaces de interactuar con la inexistente magnetosfera venusiana, produciendo auroras polares a gran altura que rodean la magnetosfera.
Estudiantes de la Universidad de Los Ángeles informaron por primera vez sobre las auroras nocturnas de Venus en 1986. Analizaron ocho años de datos sobre la radiación ultravioleta del lado opuesto de Venus obtenidos por el espectrómetro ultravioleta instalado en el satélite Venus Pioneer. Desde entonces, muchos estudiosos han realizado estudios de simulación teórica de la aurora de Venus. En 2008, científicos de Bélgica, Rusia y Estados Unidos utilizaron un modelo teórico para calcular la proporción de radiación de los átomos de oxígeno y descubrieron que coincidía con el valor medido real.
Dado que Venus no tiene un campo magnético inherente, ¿por qué puede producir auroras? Esto se debe a que la interacción del viento solar con la atmósfera de Venus crea corrientes que fluyen a través de su atmósfera, creando un campo magnético débil similar al de la cola de un cometa. Precisamente debido a este campo magnético inducido, la llamada magnetosfera inducida aparece fuera de la atmósfera superior de Venus. Esto crea condiciones similares a las de la Tierra que producen auroras. Este campo magnético inducido es muy débil y está ampliamente distribuido, y el componente principal de la atmósfera de Venus es el dióxido de carbono, por lo que las auroras producidas no son brillantes ni dispersas, que es la fuente de las auroras difusas y moteadas de Venus.
Sabemos que Venus es similar a la Tierra en masa, volumen y distancia al Sol, pero es muy diferente de la Tierra en todos los aspectos. Por lo tanto, las observaciones e investigaciones sobre Venus nunca se han detenido. Desde el lanzamiento del Mariner 2 en 1962, se han lanzado más de 30 naves espaciales y satélites a Venus, incluidos sobrevuelos, órbitas, entradas a la atmósfera y aterrizajes en la superficie. Debido a esto, tenemos un conocimiento sólido de las auroras de Venus. Sin embargo, todavía quedan muchas preguntas sin resolver sobre las auroras de Venus. Por ejemplo, la intensidad y el origen de las auroras siguen sin estar claros. Los científicos esperan que la nave espacial Venus Express lanzada por la Unión Europea en 2005 nos permita aprender más sobre él.
Las auroras en Marte se descubrieron muy tarde.
Al igual que Venus, Marte no tiene un campo magnético general, solo un campo magnético local desigual y una atmósfera muy delgada. Hay muy pocos átomos, como el oxígeno y el nitrógeno, que puedan excitar una aurora visible, por lo que es imposible tener una aurora visible circular o en forma de arco como la Tierra. Entonces, ¿hay auroras en Marte? Para aclarar este problema, los científicos finalmente han logrado un gran avance en los últimos años después de años de minuciosas observaciones e investigaciones, incluidas observaciones minuciosas de Marte mediante la nave espacial Mars Express lanzada por la Unión Europea en los últimos años. Primero, en junio de 2005, científicos de Francia, Países Bajos, Estados Unidos y Rusia publicaron un artículo en la revista Nature, indicando que Marte tiene auroras. Se basan en los datos obtenidos tras detectar el espectro característico de la atmósfera marciana mediante el espectrómetro atmosférico ultravioleta e infrarrojo instalado en Mars Express, confirmando así la existencia de auroras en Marte. Luego, en febrero de 2006, 65.438 06 científicos de Suecia, Estados Unidos, Francia, Japón, Reino Unido, Finlandia, Alemania, Israel, Italia y Suiza publicaron un artículo conjunto en la revista Science.
Gracias al analizador de plasma espacial y experimentos atómicos de alta energía instalado en Mars Express y a la sonda marciana MGS (Mars Global Surf) lanzada por los Estados Unidos en 1997, ahora se ha logrado una comprensión más profunda de la aurora marciana.
La primera son las características de las auroras marcianas. A diferencia de las auroras de la Tierra y otros planetas, las auroras de Marte no son anillos ni arcos cerca de las puntas de las líneas del campo magnético a lo largo de todo el campo magnético, ni son auroras ultravioleta débiles que están dispersas o, a veces, ampliamente distribuidas como Venus. La aurora marciana pertenece a una categoría propia: una emisión localizada y altamente concentrada controlada por el inusual campo magnético de su capa exterior. Las primeras auroras confirmadas en 2005 se localizaron en la región de Terra Cimmeria en el hemisferio sur de Marte. El área de radiación auroral tiene unos 30 kilómetros de ancho y 8 kilómetros de alto. En esta área hay un fuerte campo magnético anormal. Las auroras confirmadas en 2006 fueron auroras discretas ubicadas en la interfaz entre áreas magnetizadas y no magnetizadas de la corteza marciana, formando patrones complejos cerca del ecuador en el hemisferio sur de Marte.
En segundo lugar, en Marte hay auroras ultravioleta que son invisibles a simple vista. Incluso si algún día los humanos aterrizan en Marte, o pasan por allí de noche, no podrán ver auroras visibles como las de la Tierra, al menos hasta donde sabemos. En tercer lugar, es el posible mecanismo para la formación de la aurora marciana. En 2006, basándose en el análisis de datos de observación, los científicos descubrieron que el campo magnético local en la superficie de Marte puede extenderse hasta 1.000 km de ancho y 10 km de profundidad, y extenderse hacia arriba desde la superficie hasta 1.300 km de altura. El campo magnético local es lo suficientemente fuerte como para resistir el viento solar, formando una "minimagnetosfera de Marte". Existen muchos campos magnéticos locales de este tipo. En la zona de interfaz entre las zonas magnetizadas de la corteza terrestre, el plasma de electrones del viento solar que se acelera a gran altura en Marte cae rápidamente por la noche y choca con moléculas de dióxido de carbono y/o átomos de la atmósfera superior de esta zona, estimulando así las auroras. . Descubrieron que el flujo de energía por segundo en esta área es de 1 ~ 50 mw/m2 (1 mw = 1000 MW), lo que equivale a la energía que produce auroras brillantes y separadas sobre la Tierra. Los científicos también descubrieron que hay muchos campos magnéticos anormales en la corteza marciana, por lo que no hay solo una o dos auroras, sino muchos lugares, lo que hace que las auroras marcianas presenten una imagen de distribución geográfica compleja.
Estos hallazgos revelan inicialmente el misterio de la aurora de Marte. Sin embargo, quedan muchas cuestiones poco claras. Por ejemplo, la intensidad del campo magnético local más fuerte en Marte es sólo 1/50 de la intensidad del campo magnético de la Tierra. ¿Cómo se acelera un plasma de electrones hasta alcanzar una energía lo suficientemente alta como para excitar las auroras marcianas? (Para conocer el mecanismo de las auroras en la Tierra, consulte el artículo "Auroras hermosas, espectaculares y encantadoras" del número 3, 2010). Para poner otro ejemplo, ¿es posible observar la aurora marciana de la misma manera que observamos la aurora terrestre? Respecto a este último punto, Leblanc, el erudito francés que descubrió por primera vez la aurora marciana, dijo: "Aún no estamos seguros de si las brillantes auroras de Marte se pueden observar en el rango de luz visible. Por lo tanto, observar y estudiar la aurora marciana es una tarea importante". Sólo el comienzo y hay mucho trabajo por hacer.
Aquí hay otro dato interesante. M. Holmström, del Instituto Sueco de Física Espacial (IRF), dibujó la llamada aurora "verde" basándose en los datos de observación de múltiples auroras en Marte, que los observadores consideran como la parte posterior del sol en Marte. Esta imagen ha sido ampliamente citada por sitios web e informes relacionados de todo el mundo, lo que ha provocado que los lectores piensen erróneamente: "¡Ah! Así es como se forman las auroras en Marte. De hecho, esta es una imagen mitad verdadera y mitad falsa". la aurora en Marte. En parte porque se basa en muchas observaciones en lugar de ser inventado de la nada; porque está ensamblado con muchos resultados, por lo que no coincide con la situación real. Esta imagen no se encuentra en el artículo oficial publicado por Holmström; también es difícil encontrarla en el sitio web del Instituto Sueco de Física Espacial.
Aurora omnidireccional de Júpiter
Júpiter tiene la llamada aurora autónoma, lo que significa que las lunas de Júpiter emiten partículas hacia Júpiter, por lo que pueden estimular las auroras de Júpiter como partículas en el sol. viento. . Este mecanismo de formación es muy singular.
Las primeras auroras en Júpiter fueron descubiertas el 5 de marzo de 1979.
Seis horas después de acercarse a Júpiter, la nave espacial Voyager 1 lanzada por la NASA tomó fotografías de la aurora ultravioleta de Júpiter con una cámara de ángulo estrecho a una altitud de 320.000 kilómetros de Júpiter. Su forma es similar a las auroras de la Tierra, pero invisibles al ojo humano. .
De hecho, 10 años antes del descubrimiento de la aurora de Júpiter, Schwitters de la Universidad de Texas y Hunter de la Universidad de Yale observaron la línea Ha de Júpiter en 1968 y 1969 respectivamente, y predijeron que Júpiter podría tener auroras. En los diez años siguientes, muchos estudiosos realizaron continuas observaciones y estudios teóricos sobre Júpiter. Aunque las auroras de Júpiter no fueron descubiertas oficialmente, sentaron una buena base para el descubrimiento en 1979.
Después del descubrimiento de la aurora de Júpiter, se puede decir que la observación y la investigación al respecto son cada vez mayores. Ahora se han observado las auroras de Júpiter con rayos X, luz ultravioleta, luz infrarroja cercana, luz infrarroja media, banda de radio y luz visible. El 20 de septiembre de 1997, el Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA capturó una vista panorámica de las auroras ultravioleta en los polos norte y sur de Júpiter, que son muy similares a las auroras de la Tierra. En 1998, Ingersoll et al. del Instituto de Tecnología de California publicaron imágenes nocturnas de auroras en luz visible tomadas por ellos con el sistema de cámara de estado sólido Galileo en 1996 y 1997.
¿Qué sabemos hasta ahora sobre las auroras de Júpiter? Hablemos primero de sus principales características y posible mecanismo de formación.
En primer lugar, las auroras de rayos X, ultravioleta, infrarroja, banda de radio y luz visible de Júpiter observadas hasta ahora se observan todas sólo en Júpiter. En términos generales, las auroras en luz ultravioleta, visible e infrarroja se producen por colisiones de átomos y moléculas en la atmósfera de Júpiter con partículas cargadas depositadas, mientras que las auroras en longitudes de onda de rayos X y radio se producen por la radiación emitida por partículas depositadas en la atmósfera. .
En segundo lugar, la aurora de Júpiter, al igual que la aurora de la Tierra, aparece en la parte superior de los polos magnéticos norte y sur y tiene forma ovalada o de anillo.
En tercer lugar, la aurora ultravioleta de Júpiter se puede dividir en tres categorías: la elipse auroral principal estable, las huellas aurorales de los satélites de Saturno dentro de la elipse auroral y las auroras dispersas inestables (auroras polares) dentro de la elipse auroral. Tomemos como ejemplo la aurora ultravioleta del Ártico capturada por el HST durante su sobrevuelo de Saturno en junio de 5438 y febrero de 2000. Es como una torta de aurora que cubre el polo norte de Júpiter. La elipse auroral principal es bastante estrecha, aproximadamente tan ancha como la latitud 1 de Saturno, o unos pocos cientos de kilómetros de ancho en la atmósfera de Saturno. Por otro lado, la cola del rastro auroral de Encelado es tan larga que abarca casi la mitad de la circunferencia de Saturno. De hecho, HST también observó las huellas de Encelado y Encelado. Debido a que Fobos interactúa mucho más débilmente con la magnetosfera de Saturno que las tres lunas anteriores, cualquier aurora producida por Titán está inmersa en la aurora principal y es difícil de distinguir. Las auroras polares se encuentran en latitudes más altas que las auroras principales, correspondientes a distancias magnetosféricas mayores, y son extremadamente variables.
En tercer lugar, la intensidad de las auroras de Júpiter es la más fuerte entre los planetas del sistema solar. Por ejemplo, la potencia total de la aurora ultravioleta antes mencionada alcanza los 100 TW (1tw = 1012tw), que es aproximadamente 1000 veces la potencia total de la aurora terrestre. Esto se debe a que Júpiter tiene un campo magnético particularmente fuerte y/o Júpiter tiene sus propias auroras, para las cuales no existe un mecanismo claro que pueda explicarse.
Por último, el mecanismo de las auroras de Júpiter. En el caso de la aurora visible de Júpiter, ésta se excita de dos maneras. Una es que los átomos y moléculas de la atmósfera de Júpiter interactúan directamente con los electrones recogidos por el lago de viento solar. Una vez excitados el hidrógeno y el helio principales de la atmósfera de Júpiter, pueden producir radiación óptica de una amplia gama de longitudes de onda, incluida la luz visible; Se produce por fluorescencia producida por fotones de alta energía. Actualmente, existe abundante evidencia de que las auroras de Júpiter, al igual que las de la Tierra, son estimuladas por la interacción de la magnetosfera y el viento solar. En 2001, Little Waite de la Universidad de Michigan informó en la revista Nature que utilizaron el HST para descubrir por primera vez las auroras elípticas del norte de Júpiter que están estrechamente relacionadas con los cambios en el viento solar. En 2002, Mock y otros de la Universidad Hopkins de Estados Unidos también lo confirmaron claramente. En septiembre de 2010, un equipo de investigación de la UCLA encontró evidencia de que las excitaciones de las auroras de Júpiter están relacionadas con la reconexión en la cola de la magnetosfera de Júpiter. Hay cuatro métodos de conexión que penetran profundamente en la ionosfera de Júpiter, pero también se cree que la investigación no es exhaustiva.
Por ejemplo, no saben si se vuelve a conectar periódicamente. Parece que llevará tiempo comprender verdaderamente el mecanismo por el cual el viento solar produce las auroras de Júpiter.
A diferencia de la Tierra, la aurora de Júpiter tiene su propia forma única de producirla, es decir, un sistema autogenerado sin viento solar. Las investigaciones actuales muestran que Júpiter e Io forman un sistema único en el sistema solar. Michael, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Virginia, cree que "forman un 'pequeño sistema solar'. Un volcán muy activo en Ío expulsa una gran cantidad de partículas cargadas hacia Júpiter, que gira rápidamente. Estas partículas cargadas son atraídas por la fuerte fuerza de Júpiter". campo magnético (Júpiter La intensidad del campo magnético es 8,4 veces mayor que la de la Tierra), formando un círculo de plasma sobre los polos. Estas partículas cargadas de alta velocidad y alta energía chocan con átomos o moléculas en la atmósfera de Júpiter, estimulando así las auroras. porque Io emite continuamente partículas cargadas a Júpiter, produciendo constantemente auroras, por lo que este tipo de auroras siempre existe y debido a que este sistema de auroras gira con Júpiter, esta aurora también gira con Júpiter. la importancia y la particularidad de las auroras del sistema aurora de Júpiter. Algunos informes y artículos escriben como si Júpiter sólo tuviera este tipo de auroras y no otros tipos de auroras. Esto, por supuesto, es un malentendido.
La forma extraña. Auroras de Saturno
Según la nave espacial Pioneer 11 y Según las observaciones del Explorador Ultravioleta Internacional (IUE) lanzado conjuntamente por la NASA y el Reino Unido en 1979, los científicos especularon que Saturno tenía auroras. No fue hasta octubre de 1980 65438 que la Voyager detectó actividad aurora en Saturno por primera vez. En 1981, cuando la Voyager detectó por primera vez la aurora ultravioleta de Saturno, Broadford y otros de la Universidad del Sur de California publicaron estos resultados en las revistas Science y Nature, donde publicaron estos resultados. descubrió que los polos norte y sur de Saturno están más cerca de los 80 grados. La radiación auroral de los átomos y moléculas de hidrógeno existe en regiones polares estrechas en latitudes altas. Hasta ahora, las auroras de Saturno se han observado en los rangos de longitud de onda ultravioleta, infrarroja y de radio. La aurora visible de Saturno fue descubierta a finales de 2009, pero aún no se han descubierto auroras de rayos X. En 2010, un grupo de investigadores de la NASA, el Reino Unido, la India y España escribieron que "no se han observado auroras de rayos X de Saturno. Sin embargo, debido a que su intensidad es inferior al límite inferior de todos los instrumentos de detección actuales, no puede ser detectado". Esperan que el Observatorio Internacional de Rayos X (IXO) de próxima generación y más potente, diseñado y construido por la Agencia Espacial Europea ( ESA) y la NASA pueden alcanzar 10-17 ergios/(cm·z·seg), aumentando así la probabilidad de detectar las auroras de rayos X de Saturno
¿Qué sabemos sobre las auroras de Saturno hasta el 5 de junio de 38? El 00 de enero de 1997, la NASA utilizó el espectrógrafo de imágenes del Telescopio Espacial Hubble (HST) para capturar las primeras imágenes de auroras ultravioleta de los polos de Saturno. En ese momento, Saturno estaba a 65.438 millones de kilómetros de la Tierra. Un fuerte viento solar azotó Saturno y violentamente. colisionó con partículas en su atmósfera. La colisión produce auroras, que son similares al mecanismo de las auroras en la Tierra, pero son invisibles para el ojo humano y solo pueden detectarse a través de fotografías ultravioleta en el espacio. Si las auroras de Saturno son las mismas que las de la Tierra, 5438 de junio de 2004, cuando Cassini se acercó al polo sur de Saturno, la NASA le ordenó que monitoreara conjuntamente con el HST. El HST tomó fotografías ultravioleta, mientras Casslm registraba señales de radio y monitoreaba el viento solar. 65438 Las tres imágenes ultravioleta de auroras del polo sur de Saturno tomadas los días 24, 26 y 28 de octubre registran claramente los cambios dinámicos de la aurora: las auroras se vuelven gradualmente más fuertes, pero no rápidamente. Los científicos han descubierto que las similitudes entre Saturno y la aurora de la Tierra son que la aurora ultravioleta de Saturno también es una línea elíptica o circular que rodea los polos magnéticos de Saturno; la diferencia es que la aurora de Saturno dura varios días, mientras que la aurora de la Tierra dura sólo unos minutos. Y en comparación con las auroras de la Tierra y Júpiter, la aurora de Saturno se regula más fácilmente por el viento solar. En 2005, Clark y otros de la Universidad de Boston publicaron un artículo en la revista Nature.
Después de comparar la forma de las auroras ultravioleta de Saturno con las de la Tierra y Júpiter, concluyeron que las auroras ultravioleta de Saturno son fundamentalmente diferentes de las dos últimas.
El 0 de junio de 2006, el 10 de octubre de 165438 y el 5 de junio de 2008, Casslm capturó la extraña aurora infrarroja y las nubes infrarrojas de Saturno a una distancia de 106 kilómetros y 600.000 kilómetros de la superficie de Saturno respectivamente. . imagen. Las auroras no sólo son muy brillantes, sino que también cubren una gran superficie y se extienden significativamente hasta el ecuador. Stallard de la Universidad de Leicester dijo: "Nunca hemos visto una aurora como esta en ningún otro lugar. No es solo un óvalo auroral similar a las auroras de la Tierra y Júpiter, sino que cubre una enorme área de los polos. Según el Según la teoría de la formación de las auroras de Saturno, estas regiones deberían estar vacías, por lo que es extremadamente sorprendente encontrar auroras tan brillantes en estas regiones. "Esto habla claramente de la magnetosfera de Saturno y su interacción con el viento solar y la atmósfera de Saturno". , debe haber algo especial y desconocido. Junio de 2008 5438 065438 El 13 de octubre, Stallard et al. publicaron un artículo en la revista Nature, señalando que las teorías existentes no pueden explicar esta aurora especial y que se necesitan más observaciones e investigaciones para descubrirlo.
En el pasado, la gente siempre ha creído que no hay auroras visibles en Saturno. Sin embargo, con el avance de los instrumentos de observación y la investigación, constantemente se descubren nuevos fenómenos y la comprensión de las auroras también se profundiza. . Junio de 5438 En octubre de 2009, la cámara visible de ángulo estrecho de Casslm capturó la aurora visible de Saturno por primera vez. En ese momento, Casslm se encontraba a una altitud de 2,8 millones de metros de Saturno y las imágenes tomadas mostraban auroras moviéndose desde la parte posterior de Saturno hacia el sol. Las auroras tienen forma de pantalla y se extienden a lo largo de los polos magnéticos de Saturno, alcanzando una altura de 1200 km. Son las auroras septentrionales más altas conocidas en el sistema solar. La imagen era originalmente en blanco y negro, pero se agregó naranja artificialmente para distinguir claramente el fondo del ruido. Entonces, los científicos de la NASA no saben de qué color son las auroras visibles de Saturno. Las auroras en forma de pantalla de Saturno también cambian de forma y brillo como lo hacen en la Tierra, volviéndose particularmente brillantes a medida que se aleja del sol hacia el sol y pasa el borde. Curiosamente, al final de la imagen continua de la aurora visible, apareció de repente una aurora brillante y serpenteante. El motivo de su aparición aún no está claro.
Los científicos de la NASA creen que estas auroras visibles deberían ser causadas por la rápida acumulación de partículas cargadas en la magnetosfera de la atmósfera superior de Saturno. La magnetosfera es la región donde el campo magnético de Saturno atrapa partículas cargadas. Los cambios en la aurora de la pantalla sugieren que estas partículas cargadas quedan atrapadas mientras fluyen a lo largo del campo magnético entre la magnetosfera y la ionosfera de Saturno.
Los científicos de la NASA creen que estas auroras visibles deberían ser causadas por la rápida acumulación de partículas cargadas en la magnetosfera de la atmósfera superior de Saturno. La magnetosfera es la región donde el campo magnético de Saturno atrapa partículas cargadas. Los cambios en la aurora de la pantalla sugieren que estas partículas cargadas quedan atrapadas mientras fluyen a lo largo del campo magnético entre la magnetosfera y la ionosfera de Saturno.