2006年北红外极光的艺术表现(用红色标出)。深红色的位置表示确认的极光位置，浅红色用于标记可能的极光位置。这张天王星的背景图片是由NASA、ESA和M. Showalter (SETI研究所)在2005年8月用哈勃太空望远镜观测到的(可见光谱)。图片来源:NASA、ESA和M. Showalter (SETI研究所)为2005年8月哈勃太空望远镜观测到的天王星拍摄的背景图像(可见光谱)。

莱斯特大学天文学nomers有限公司证实了天王星上存在红外线极光。

莱斯特大学的天文学家首次证实，寒冷的外行星天王星上存在红外线极光。

这一发现可能会揭示太阳系行星磁场背后的奥秘，甚至可能会揭示遥远的世界是否可能存在生命。

在科学技术设施委员会(STFC)的支持下，科学家团队已经获得了自1992年开始调查以来天王星红外极光的首次测量结果。虽然天王星的紫外线(UV)极光自1986年以来一直被观测到，但直到现在还没有观测到红外线极光的确认。科学家们的结论发表在10月23日的《自然天文学》杂志上。

平均发射光谱在3.4到4.0μm之间，在特定波长位置有有价值的H3+发射线(称为Q线)的注释位置，每条线的亮度由行星大气中H3+粒子的温度和密度决定。来源:莱斯特大学

磁偏与极光

冰巨星天王星和海王星在我们的太阳系中是不寻常的行星，因为它们的磁场与它们旋转的轴不一致。虽然科学家们还没有找到对此的解释，但天王星的极光可能提供了线索。

极光是由高能带电粒子引起的，这些粒子通过行星的磁力线向下汇集，与行星的大气层发生碰撞。在地球上，这个过程最著名的结果是北极光和南极光的奇观。在像天王星这样的行星上，大气主要是氢和氦的混合物，这种极光将发射出可见光谱之外的光，波长如红外(IR)。

这是2006年9月5日望远镜成像仪拍摄的浓缩影像，当时它聚焦在天王星上，可以看到泰坦尼亚、米兰达、翁布里埃尔和奥伯龙等卫星。电影中所有的物体都有双重曝光，这是一种减去图像的效果，以尽量减少我们仰望天空时地球大气的影响。在这部电影中，我们还看到了可能存在的星系和恒星!来源:莱斯特大学

方法与发现

研究小组利用凯克II号望远镜，通过分析行星发出的特定波长的光，进行了红外极光测量。由此，他们可以分析这些行星发出的光(被称为发射线)，类似于条形码。在红外光谱中，被称为H3+的带电粒子发出的线的亮度会根据粒子的冷热程度以及这一层大气的密度而变化。因此，这些线就像温度计一样进入地球。

他们的观测结果显示，天王星大气中的H3+密度明显增加，温度变化不大，这与红外极光的存在引起的电离一致。这不仅能帮助我们更好地了解太阳系外行星的磁场，还能帮助我们确定其他适合生命存在的行星。

测量了天王星上层大气在6小时内的红外亮度，用黑色边框突出显示的区域，没有散点或圆点是增强发射(极光)的位置。散列区域表示可能有极光，但信号太弱无法确认，虚线区域表示这些点没有极光。来源:莱斯特大学

启示及未来研究

该研究的主要作者、莱斯特大学物理与天文学院的博士生艾玛·托马斯(Emma Thomas)说:“包括天王星在内的所有气态巨行星的温度，都比模型预测的仅靠太阳加热的温度高出数百开尔文/摄氏度，这给我们留下了一个大问题:这些行星怎么比预期的要热得多?”一种理论认为，高能极光是造成这种现象的原因，它产生并将来自极光的热量向下推至磁赤道。

测量的天王星高层大气的红外亮度与行星旋转时产生的磁力线环相结合(这产生了我们在大多数极光中看到的椭圆形)。这些环被称为壳层，我们预计大部分极光信号出现在虚线和虚线之间(如1986年所见)，我们的部分结果确实如此。来源:莱斯特大学

“到目前为止发现的大多数系外行星都属于亚海王星类别，因此在物理上与海王星和天王星相似。这也可能意味着相似的磁场和大气特征。通过分析与天王星磁场和大气层直接相连的天王星极光，我们可以预测这些行星的大气和磁场，从而预测它们是否适合生命存在。

“这篇论文是天王星极光研究30年的高潮，最终揭示了红外极光，并开始了地球极光研究的新时代。我们的研究结果将继续扩大我们对冰巨极光的认识，并加强我们对太阳系、系外行星甚至我们自己星球的行星磁场的理解。”

这一结果也可能让科学家们深入了解地球上一种罕见的现象，即南北两极互换半球位置，即地磁反转。

艾玛补充说:“我们对这种现象的研究不多，因此不知道这会对依赖地球磁场的系统产生什么影响，比如卫星、通信和导航。然而，由于天王星独特的旋转轴和磁轴的不对齐，这个过程每天都在发生。对天王星极光的持续研究将提供有关地球未来出现磁极反转时我们可以预期的数据，以及这对其磁场意味着什么。”

参考文献:“用Keck-NIRSPEC探测天王星的红外极光”，作者:Emma M. Thomas、Henrik Melin、Tom S. Stallard、Mohammad N. Chowdhury、Ruoyan Wang、Katie Knowles和Steve Miller, 2023年10月23日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 023 - 02096 - 5