哈勃望远镜捕捉到土星南北两极极光图片,哈勃

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摘要:哈勃望远镜捕捉到土星南北两极极光图片 原标题:哈勃望远镜揭示土星极光真相 午夜亮度达到高峰 宇航员太空拍摄南极光如蛇般蜿蜒绝美瞬间 北极地区的原住民因纽特人很早就发现了

哈勃望远镜捕捉到土星南北两极极光图片

原标题:哈勃望远镜揭示土星极光真相 午夜亮度达到高峰

宇航员太空拍摄南极光如蛇般蜿蜒绝美瞬间

北极地区的原住民因纽特人很早就发现了极光的存在。那时,他 们经常看见高空中出现异常灿烂美丽的光辉,它轻盈地飘荡,忽暗忽明, 发出红的、蓝的、绿的、紫的光芒,如同风一样的光。

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他们认为那是来自天堂的火炬,是神灵用来引导死者走进天堂的路标。

据英国《每日邮报》报道,哈勃太空望远镜捕捉到土星神奇的“光影表演”:极光。更为难得的是,“哈勃”同时捕捉到了土星南北两极的极光现象。由于土星绕太阳公转的原因,在30年内只有两次机会能同时观测到土星两极的极光现象。

网易科技讯9月1日消息,来自哈勃太空望远镜的新图像显示,在北方夏至之前和之后的几个月里,土星的紫外极光会在其的北极旋转。

这是宇航员从国际空间站上看到的南极光。地球的曲线和大气的蓝光同样清晰可见。

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众所周知,在地球南北两极存在神奇的极光现象。其实太阳系内的土星和木星都存在极光现象。这些星球上的极光现象,都是太阳带电粒子同大气层中的气体分子相互作用形成的。此前,哈勃太空望远镜多次观测到土星极光现象,但是同时观测到土星南北两极极光实属罕见。

科学家在冬至期间使用哈勃望远镜上的摄谱仪对土星的极光进行成像。冬至是观察土星北极的最佳时间。这个时间也与美国宇航局的卡西尼号太空船先前的观测时间相吻合,该太空船于去年9月壮烈地牺牲自己撞向了土星。 哈勃望远镜的科学家们在一份声明中说,他们由此详细记录了土星的极光随着时间的推移而变化的过程。

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【瑞典北部拉普兰地区拍摄到的北极光。】

要想同时观测到土星南北两极的极光现象,土星光环必须侧面朝向哈勃,而且必须能同时观测到两极。土星绕太阳公转的周期大约为30年,在土星公转周期内,这种难得的观测机会只能出现两次。哈勃太空望远镜将没有机会再次同时观测到土星两极的极光,因为到再次出现这种观测机会时,哈勃早已经退役。

当地球的磁场与太阳风相互作用时,地球的北极和南极极光就会出现,太阳风是来自太阳的带电粒子流。 当这些粒子被困在行星的两极时,它们会与大气中的氧气和氮气相互作用,产生耀眼的光线。 土星和其他外行星的极光以类似的方式形成,但由于它们的大气主要是氢,所以产生的光在紫外线范围内。

在这张摄于2002年的照片中,阿蒙森-斯科特南极科考站上空的南极光类型更为常见。

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在地球上,极光是由于沿地球磁场线的太阳带电粒子流进入大气层所致。太阳带电粒子流就是俗称的太阳风。在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中,有一种能量被称为“太阳风”。“太阳风”在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场。地球磁场形如漏斗,尖端对着地球的南北两个磁极,因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降,进入地球的两极地区。两极的高层大气,受到“太阳风”的轰击后会发出光芒,形成极光。在南极地区形成的叫南极光,在北极地区形成的叫北极光。

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北京时间6月22日消息,据国外媒体报道,国际空间站上的宇航员拍到了南极光的绝美画面,照片中,在地平线的映衬下,南极光就像绿色缎带一样,在太空蜿蜒前行。

【除了绿色,北极光还有其它颜色,如图中在阿拉斯加费尔班克斯附近拍摄到的红绿北极光。】

对哈勃捕捉到的这张土星极光照片进行研究的天文学家发现,土星南北两极极光存在细微的差别。包含北极光的明亮椭圆形区域相比南极光出现的区域,显得稍小而且更紧密。研究人员表示,这表明土星磁场分布并不对称。由于北极附近的磁场更强,太阳带电粒子被加速到更高的能量。

人眼无法看到紫外线,而且大部分紫外线都会被地球的大气层吸收。 但幸运的是,我们在天空中还有更强大的眼睛正在绕地球运行:哈勃的光谱仪工具 。

极光在北极和南极附近看得最为清楚。捕捉到这张照片的当天,国际空间站以距地面350公里的高度从南印度洋上空经过,让宇航员可以俯瞰南极洲和南极,同时以异乎寻常的视角展现了这种奇特的现象。密集的云团在极光下面看得并不太清楚。不过,蜿蜒曲折的地平线和高层大气微弱的蓝线条倒是清晰可见。

 

此外,土星极光的最大特点在于其出现的高度--这种绚丽景象通常出现在距离土星表面超过1200公里的高空。比较而言,地球上的极光多出现于100-500公里的高度上。科学家们认为,这种高度上的差异主要是由于各行星大气成份的不同造成的。构成地球大气的主要成份为较重的氮气和氧气,因此,只有在较低的高度上才能达到产生极光所需的气体密度。而土星大气主要由较轻的氢气构成,因此极光出现的高度要远大于地球极光。

哈勃的观测显示,土星北极上不断变化的极光随着太阳风的衰退和流动以及土星的旋转而变化。 土星完成一圈自转只需要11个小时。研究人员在声明中说,极光亮度在土星黎明和午夜之前达到顶峰,而其在午夜亮度达到高峰的原因可能与太阳风冬至时期吹到土星的方式有关。

极光是指由太阳带电的粒子碰撞地球两极的磁场,在天空中发生放电时所产生的现象。这张令人赞叹不已的极光照片拍摄时恰逢地磁暴,这场地磁暴可能是由5月24日太阳的日冕物质抛射引起的。高层大气中的氧原子和氮原子作为重归原始能态的一种方式,不断释放光子,形成我们所看到的极光。

太阳风在高层大气燃放的焰火

到13 世纪时,人们又认为那是格陵兰岛上冰雪反射的光芒。17 世纪, 它才正式获得“北极光”的名字。

空间科学发展到一定程度后,我们才知道,极光并非来自天堂和冰雪 反射,而是的确和“风”有关。 不过,这里的风与一般意义上的空气流动 不同,是“太阳风”。它是一束太阳喷射出的强大带电粒子流,可以覆盖地球。

太阳风马力十足地从太阳不远万里来到地球上空,以大约每秒400 千 米的速度撞击地球磁场。两极地区的高层大气受到太阳风的轰击后,极光 诞生了。

所以,不光北极,在南极地区也能看到极光。

北极附近的阿拉斯加、北加拿大以及挪威北部是观赏北极光的最佳地点。

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【美国阿拉斯加州埃尔森空军基地拍摄到的北极光。】

遗憾的是,我们在夏天去北极看不到北极光。并不是因为夏天没有极光, 而是因为极昼期间天空光亮,肉眼无法观测。只有极夜期间才是欣赏极光的最 好时间。

哈勃观测团队成员、英国莱切斯特大学乔纳森-尼科尔斯博士说:“哈勃被证明是人类最重要的科研工具之一。英国科研小组首次领导了一项哈勃观测项目,并观测到另一颗星球上的极光现象。”尼科尔斯说:“这些图片有独特的科学价值,这尤其令人兴奋。哈勃太空望远镜将再也没机会获得类似的图片。因为哈勃是在一个非常有利的位置进行观测的,靠近土星赤道平面。”

哈勃之前曾研究过土星的极光,此类型的分析让研究人员可以从远处更深入地了解土星强大磁场。(马克克)

我们观测到的最常见的极光是绿色,由波长集中在0.5581微米(1微米相当于1米的一百万分之一)的氧原子释放的光子产生的。可见光则是由大概同样波长的健康植物叶子反射形成的。红色极光由以0.63微米波长释放的光形成,偶尔,我们还能看到像蓝色、紫色等颜色的极光。虽然极光通常只有在靠近南北两极时才能看到,但冲击地球磁场的强磁暴也可以将这种现象的发生地转移到赤道。

为地球“避风”的地磁场

除了和太阳风有关之外,地球磁场也是形成极光的一个决定性因素。 指南针的发明和应用,说明人类早已认识到地球磁场的存在。但对于 磁场的来源,人们依旧争论不休。

1600 年,英国人吉尔伯特提出一种论点,认为地球自身就是一个巨大 的磁体,它的两极和地理两极相重合。这一理论确立了地磁场与地球的关系, 指出地磁场的起因不应该在地球之外,而应在地球内部。

需要注意的是,由于地球磁体南北极之间的连线与地理极点的连线之间存在夹 角,所以北磁极和北极点却并不在同一个地方。而且,由于磁针的北极指向北, 所以北方的磁极实际上是地磁的南极,不过习惯上人们还是称呼它为“北磁极”, 强调地理的北方而非地磁的北极。纠结这个南北的用法不过是文字游戏罢了。

目前获得较多认同的关于地球 磁场形成原因的假说是“发电机假说”,即地球磁场是地核外层熔化的铁和镍流 动从而产生电磁感应的结果,类似发电机的转子那样。而这些导电流体流动的 原因是对流以及地球自转。

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【地球磁场保护地球不被太阳风中的带电粒子直接轰击,这些粒子被磁场引导到了地球两极地区沉降,形成极光。】

又回到关于极光的讨论中,由于地球磁场形如漏斗,尖尖的漏斗口对着地球的 南北磁极,太阳风中的带电粒子沿着地磁场的“漏斗”沉降,才能通过两 极地区接近地球。因此,除了在地球南北磁极附近,其他地区根本无法见 到极光。

图片来源: Wikimedia Commons

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尼科尔斯说:“由于土星的公转周期非常长,哈勃将无法再次观测到这种神奇的景象。因为在包括地球的其他星球上,无法同时观测到南北两极的极光现象,所以这组土星南北两极极光照片非常有科学价值。”“这些图片揭示了土星磁场的特性,以及土星极光形成的原理。”

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