新型冠状肺炎|极光对木星的全球上层大气加热( 二 ) 新型冠状肺炎

a ，温度不确定性的正射影均低于5% 。长长的黑白虚线表示木星的主极光椭圆，短的黑白虚线对应于木卫一的磁场足迹，而一条粗的黑线对应于木卫一的磁场足迹(如正文所述) 。在H3+温度投影下显示的是一个基于哈勃太空望远镜图像的可见的计算机生成的木星球体。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心和太空望远镜科学研究所。请注意，木星在每个日期的倾斜程度不同，显示出不同的特征。所示的经度和纬度网格线分别以60°和10°增量间隔。 2016年4月14日的中位数(和最大值)不确定性百分比为2.2%(5%) ， 2017年1月25日的中位数(和最大值)为1.6%(5%) 。 b ，所有经度各纬度的木星H3+温度中值。误差条为1σ ，表示温度在所有经度上的变化。这些方法描述了映射过程，扩展数据表1显示了每个投影中使用的空间箱大小。
如图2和图3所示，极光纬度和赤道之间的温度一般从1000 K到600 K下降。由极光驱动的带电粒子降水(1920)增强的H3+密度在两个日期的主卵圆附近急剧切断，表明极光的直接影响在主卵圆的几个度内结束。同时，在北极圈的赤道地区， H3+温度并不随纬度急剧下降。在没有任何已知的亚极光电流系统(在地球上很常见)的情况下，通过磁层-电离层耦合产生的磁层-电离层会引起行星尺度的离子中性碰撞，我们将观测到的温度梯度解释为极光上层大气正从极光区域迁移到低纬度和邻近经度的有力证据，并将其热信号随其一起迁移。这必须主要靠向赤道的经向风来实现。
受太阳风影响的木星磁层，由于太阳风施加的高动态压力而受到压缩22 。一个模型表明，磁层压缩事件可能导致热量从主极光椭圆向赤道和极帽传播，导致局部温度暂时升高50-175 K(参考文献) 。 10日23) 。 1月25日，整个行星范围内的温度更高，主椭圆H3+密度也更高，因此我们使用了太阳风传播模型24来检查我们观测日期附近木星上的太阳风动态压力和其他参数。人们发现，在1月25日观测的一天内，动态压力比安静条件高出一个数量级，几乎是4月14日条件的三倍。这在扩展数据图3-5中显示(以及其他参数的活动增加) 。以前已经发现，极光的总能量与太阳风压缩前平静太阳风条件的持续时间呈正相关22 ，因此，考虑到在1月25日的观测报告(相对于4月14日)之前的更长的、更平静的太阳风活动时期，我们预计1月25日极光能量沉积较大。考虑到到达时间的不确定性建模太阳风的木星±1天4月14日和1月25±1.5天我们得出这样的结论:观察木星的全球事件由于太阳风加热压缩的1月25日木星的磁气圈。
1月25日，在主极光椭圆形的赤道方向发现了一个不寻常的高温结构，延伸到160°经度。在这里，相对寒冷(~ 800k)的大气被~ 1000k的炽热的极光和次极光大气所包围。该结构似乎横跨了Amalthea的基准足迹，该区域通过磁场映射到木星赤道平面的2.5RJ ，但没有已知的等离子体或电流系统连接这些区域。这种结构很可能是一大片被加热的高层大气，在太阳风压力的“脉冲”作用于磁层后，被捕捉到从主极光椭圆向赤道方向传播。如果一股被加热的大气波在所有经度上以相似的速度从主极光椭圆形向赤道传播，它很可能在传播过程中保持主椭圆形的形状;因此，该特征与Amalthea的明显排列可能是间接的。在这里，我们提供了一个简单的赤道速度估计，以检查特征的传播是否真实。我们使用结构中心和主椭圆之间的纬度分离，它随经度增长，因此随时间增长，因为数据是按经度增长的顺序记录的。热特征的赤道速度在180°和260°经度之间以20°经度的步骤进行评估，由于行星旋转，每一步之间的时间间隔约为33分钟。计算的中值速度为620 m s?1 ，最小和最大值分别为500 m s?1和1500 m s?1 。这些速度类似于在地球电离层(300 - 1000 m s?1)中观测到的赤道向传播的旅行电离层扰动25 ，但远高于土星(高达100 m s?1)和模拟木星(~180 m s?1)的赤道向速度26 。
在主椭圆附近， H3+温度和密度是反相关的。这可能是由于带电粒子在这里相对于其他地区有更高的平均降水能量，因此穿透更深，在较低、较冷的海拔产生H3+ ，或H3+通过红外发射有效冷却大气的证据2027 。事实上，这也许可以解释为什么主椭圆区相对于邻近区域显得相对较冷，尽管该区域可能在最近经过时被热结构加热。或者，热的结构可能是由一个持续了很短时间的事件触发的，向赤道发送了一波热大气，而主椭圆返回到相对安静的条件下。每个日期的极光之间的形态差异表明了极光降水的位置和深度，这反映在先前观测报告的导出参数中1920 。 4月14日和1月25日赤道与北纬30°之间柱积H3+密度中值分别为4 × 1015 m?2和2 × 1015 m?2 ，后者与之前值相似17 。 F10.7指数是一项通过10.7厘米的射电辐射来衡量太阳活动的指标，在这些日期为111.8太阳通量单位(SFU)和82.5 SFU ，也就是说，在4月14日增加了36% ，部分解释了H3+密度的差异。请注意，由于高层大气的温度和密度梯度，此处取回的H3+柱密度预计将比其真实值低20%或更多27;因此，垂直梯度的差异也可能是测量的密度差异的原因。辐亮度图表明H3+辐射冷却上层大气的程度，辐亮度与温度和密度呈正相关。