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哈勃望遠鏡拍攝的木衛(wèi)三“伽倪墨得斯”，正在玩“躲貓貓”的游戲

美國宇航局的“伽利略”號探測器環(huán)繞氣態(tài)巨星——木星飛行了8年。這顆探測器的個頭超過一頭發(fā)育成熟的長頸鹿。服役期間，“伽利略”號傳回了大量有關木星衛(wèi)星的數(shù)據(jù)并有了一系列新發(fā)現(xiàn)。根據(jù)它的觀測，木衛(wèi)三“伽倪墨得斯”周圍的磁環(huán)境與木星自身磁場截然不同?！百だ浴碧柸蝿赵缭?/span>2003年就已結束，但它第一次掠過木衛(wèi)三時獲取的數(shù)據(jù)仍在進一步豐富科學家對木衛(wèi)三環(huán)境的認知。數(shù)據(jù)顯示木衛(wèi)三在太陽系獨樹一幟，不同于系內的其它任何衛(wèi)星。

最近，以格林·科林森為首的科學家發(fā)表了一篇闡述木衛(wèi)三磁氣圈的論文。就職于宇航局戈達德太空中心的科林森表示：“20年后，我們將目光投向一些從未對外公布的數(shù)據(jù)，借助這些數(shù)據(jù)完成了這篇論文。我們有了前人聞所未聞的新發(fā)現(xiàn)。”

科林森等人的新研究描繪了一幅暴烈的景象：由于來襲的“等離子體雨”，粒子轟擊木衛(wèi)三的多冰地表；由于木星與木衛(wèi)三的磁環(huán)境之間發(fā)生爆炸性磁事件，強等離子體流在兩個天體之間來回推動?？茖W家認為這些觀測發(fā)現(xiàn)是揭開木衛(wèi)三一系列謎團的關鍵所在，例如木衛(wèi)三的極光為何擁有異乎尋常的亮度。

“伽利略”號探測器拍攝的太陽系內最大衛(wèi)星——木衛(wèi)三“伽倪墨得斯”

木星磁氣圈模型視頻，展示磁氣圈的規(guī)模，基本特征以及磁軸（青色箭頭）與木星自轉軸（藍色箭頭）偏轉產生的影響。遠處的半透明灰色網格代表磁氣圈的邊界。

1996年，也就是在抵達木星后不久，“伽利略”號上演了一項驚人發(fā)現(xiàn)：木衛(wèi)三擁有自身的磁場。包括地球在內的絕大多數(shù)系內行星都擁有被稱之為“磁氣圈”的磁環(huán)境，沒有人想到衛(wèi)星也會有磁場。

1996年至2000年，“伽利略”號對木衛(wèi)三進行了6次定點飛躍，利用攜帶的多臺儀器——包括等離子體子系統(tǒng)（PLS）——收集木衛(wèi)三磁氣圈的數(shù)據(jù)。PLS用于測量穿過“伽利略”號周圍環(huán)境的等離子體的密度、溫度和方向。等離子體是被激發(fā)的電離氣體。新研究結果揭示了木衛(wèi)三磁氣圈獨特結構的有趣細節(jié)。研究論文刊登在《地球物理研究快報》上。

我們知道地球的磁氣圈除了讓指南針工作和上演絢爛的極光，還能保護地球免遭太空輻射侵襲，因此是地球生命繁衍生息的關鍵所在。一些科學家認為，對于生命最初的演化，地球磁氣圈同樣不可或缺，因為有害的太空輻射能夠腐蝕我們的大氣。研究太陽系內的磁氣圈不僅能夠幫助科學家了解影響地球周圍磁環(huán)境的物理過程，同時也有助于我們窺探其它具有潛在適居性的系內和系外星球的大氣層。

木衛(wèi)三磁氣圈

木衛(wèi)三的磁氣圈為科學家提供了一個機會，探索規(guī)模更大的木星磁氣圈內的獨特磁環(huán)境。磁氣圈保護木衛(wèi)三免遭太陽風侵襲，它的形狀不同于太陽系內的其它磁氣圈。通常情況下，磁氣圈的形狀由從中穿過的超音速太陽風粒子的壓力決定。但木衛(wèi)三不同，木星周圍移動速度較慢的等離子體將木衛(wèi)三的磁氣圈雕琢成長角狀，沿著軌道方向從木衛(wèi)三的頭部向外延伸。

飛掠木衛(wèi)三時，“伽利略”號不斷遭到高能粒子的轟擊。木衛(wèi)三對這種“待遇”再熟悉不過。等離子體粒子被木星的磁氣圈加速，像雨水一樣不斷降落木衛(wèi)三兩極。兩極的磁場引導粒子飛向地面。對PLS所獲數(shù)據(jù)進行的新分析顯示，由于來襲的“等離子體雨”，等離子體不斷轟擊木衛(wèi)三的多冰地表。

研究論文合著者、戈達德太空飛行中心的比爾·帕特森指出：“這些粒子從極地地區(qū)飛出，它們能夠幫助我們了解非常稀薄的木衛(wèi)三大氣層。此外，這些粒子也能告訴我們木衛(wèi)三的極光如何形成?！痹凇百だ浴碧柗燮陂g，帕特森是PLS任務組成員。

木衛(wèi)三上演絢爛的極光

與地球一樣，木衛(wèi)三也能上演絢爛的極光秀。不同的是，導致木衛(wèi)三極光的粒子來自于木星周圍的等離子體，而不是太陽風。在對數(shù)據(jù)進行分析時，科學家發(fā)現(xiàn)第一次飛躍木衛(wèi)三時，“伽利略”號偶然間穿過了木衛(wèi)三的極光區(qū)。當時，“伽利略”號觀測到離子像雨水一樣降落到木衛(wèi)三極地冰冠表面。通過比較哈勃望遠鏡獲取的離子墜落地點數(shù)據(jù)，科學家能夠精確鎖定極光區(qū)的方位。這將幫助他們揭開極光形成之謎。

在對木星進行觀測時，“伽利略”號曾與一次“爆炸性事件”親密接觸。這一事件由磁場線的纏結、斷裂和再結合導致，被稱之為“磁重聯(lián)”。太陽系內的磁氣圈會出現(xiàn)這種劇烈現(xiàn)象。此外，“伽利略”號還首次觀測到強等離子體流在木星和木衛(wèi)三之間來回推動，這一現(xiàn)象由兩個磁氣圈之間發(fā)生的磁重聯(lián)導致。據(jù)信，正是這個等離子體泵讓木衛(wèi)三的極光擁有異乎尋常的亮度。

未來對PLS數(shù)據(jù)的研究有望上演與木衛(wèi)三地下海洋有關的新發(fā)現(xiàn)。借助“伽利略”號和哈勃望遠鏡獲取的數(shù)據(jù)，科學家確信木衛(wèi)三內部存在海洋?！百だ浴碧柸蝿斋@得宇航局“太陽系統(tǒng)運轉機制”計劃的資助。華盛頓的宇航局科學任務理事會委托噴氣推進實驗室負責管理這項任務。

封面圖：On Ganymede - David A. Hardy