电学现象！天文学家在木星大气发现“精灵”

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科学家说，NASA的朱诺任务首次在木星的云层探测到了“精灵”——地表上雷暴上空的电现象，它不似地球上红色的雷电，而是蓝色的。

艺术家们对于木星空气中闪电“精灵”的概念来自于朱诺飞船所获取的信息，朱诺飞船正在绕木星运动。科学家们相信，木星上的“精灵”有可能是蓝色的。图片来源于NASA/ JPL-Caltech/ SwRI.

在木星大气的雷暴上空，闪电“精灵”转瞬即逝的瞬间爆发出巨大的电力。科学家们将此称之为瞬变光学事件或薄层电泳,这种现象很难被捕捉到，美得近乎诡异。不久之前，科学家们还在讨论这种现象在地球大气是否存在。现如今，地球存在这种自然现象已经得到了气象学家的证实，自然摄影师们也拍摄到过。NASA在太阳系最大的行星——木星上湍流的大气中首次发现了“精灵”，云盘状的光辉极速扩张，持续时间不到千分之一秒。

这些经过同行评审的成果，是由科学家们利用朱诺号的木星任务发现的，并于2020年10月27日在《地球物理研究：行星》期刊上发表。在美国天文学会行星科学部年会（DPS2020）期间举行的新闻发布会上，也公布了这一结果。

科学家们曾提出理论，认为瞬变光学事件，或称“精灵”，应该存在于木星的大气层中，但这是第一个证明它们确实存在的良好证据。他们是怎么找到这些证据的呢？

除了在普通光线下拍摄图像，朱诺还用它的紫外线光谱仪（UVS）观测木星。2019年夏天，研究人员在研究这些图像时发现了一些有趣的东西：一条窄而明亮的紫外线条纹，这似乎是科学家们希望找到的，一颗“精灵”。

2020年4月10日朱诺号在木星南极附近的明亮闪光（圆圈处），被认为是瞬变光学事件或薄层电泳。图片来源：美国宇航局（NASA）/喷气推进实验室-加州理工（JPL-Caltech）/西南航空研究所（SwRI）。

罗西尼·贾尔斯，是一名在西南研究所（SwRI）研究朱诺号的科学家，同时也是这项新研究的领头人。他在一份声明中说道：

紫外线光谱仪（UVS）是专门设计用来反映木星美丽的南北极光的。但在木星的紫外线光谱仪图上，它不仅展现了木星的极光，而且还有一束明亮的紫外线闪光出现在我们没有想到的角落处。随着研究的深入，我们愈发意识到，朱诺号很有可能在木星上发现了一个转发器（TLE）。

贾尔斯进一步解释道：

将所有照片放在一起的时候，我们注意到，这些惊人的、短暂的、明亮的闪光并不常见。在统计了过去四年执行任务中的所有数据后，我们发现，11束亮光有着相似的性质。

由于现在还处在发现的初期，科学家们还不知道木星上“精灵”的出现频率。但在目前，找到第一颗“精灵”已经是一个非常令人激动的发现了。在过去的几项研究中，有科学家已经对木星的“精灵”作出过预测。但迄今为止，这个发现是首次证明它们存在的直接证据。

斯蒂芬·哈默尔（Stephen Hummel）在西德克萨斯州的麦克唐纳天文台工作，他在2020年7月2日捕捉到了这只稍纵即逝的“闪电精灵”（又名“红色精灵”）。麦克唐纳天文台正在其所在地区率先发起一项“黑暗天空”计划。斯蒂芬评论道：“黑暗的天空能帮助你看到像‘精灵‘这样暗淡的物体。”谢谢你，斯蒂芬！

2015年，国际空间站的宇航员在美国上空的雷暴上方，看到了“红色精灵”。图片来源：NASA/ScienceAlert。

地球大气中不同类型的电现象，包括瞬变光学事件或薄层电泳（两种“精灵）。图片来源：Abestorbi。

“朱诺”号探测到的“精灵”是在一个已知也会发生闪电的地区发现的。“朱诺”团队的科学家们认定这些新的闪电不是普通的闪电，因为它们是在木星闪电发生的海拔186英里（300公里）的地方发现的，在大气中的水云层之上。与地球上其他闪电不同的是，这些闪电也主要是氢排放。

地球上的“精灵”看上去很奇特，有点像水母，有一个中心扩散的光环和长长的触须向下延展。它们往往出现在雷暴上空60英里（97公里）的地方，而且只持续几毫秒，比眨眼的时间还快，这就解释了为什么在飞行员开始报告它们之前，很少有人看到过它们。直到1989年，实验物理学家约翰·R·温克勒（JohnR.Winckler，1916-2001）在测试一台微光电视摄像机时拍摄到了一张照片。现在，你可以找到许多它们的照片，例如在太空气象网（SpaceWeather.com）.

地球上的“精灵”通常颜色偏红，但在木星上可能是不同的颜色。贾尔斯说：

在地球上，“精灵”由于与上层大气中的氮相互作用而呈现出发红的颜色。但在木星上，高层大气主要由氢组成，所以它们可能会呈现蓝色或粉红色。

当雷击产生高空准静电场时，就会产生瞬变光学事件。在其他情况下，雷击向上发射电磁脉冲，产生发光的圆盘，称为薄层电泳。