韦伯望远镜揭秘木星极光“卫星足迹”：光谱测量发现独特温度结构与密度异常

2026年3月2日，权威学术期刊《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）刊登了一项突破性研究，首次公开了由木星的伽利略卫星产生的红外极光“足迹”（footprints）的光谱测量数据。这些珍贵的观测资料由詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）捕获，揭示了这颗气态巨行星上层大气中此前未被发现的复杂温度结构以及显著的密度梯度变化。

这项研究详细刻画了木星磁层与木卫一（Io）及木卫二（Europa）之间相互作用所引发的极光区物理特性。研究人员在木卫一的足迹区域内发现了一个引人注目的“冷点”，其离子环境温度测定为538开尔文（265°C），远低于周围主极光区域的766开尔文（493°C）。令人惊讶的是，尽管温度较低，该冷点处的三氢阳离子（H₃⁺）浓度却比木星主极光区高出三倍。

本次研究的领衔作者是来自诺森比亚大学的博士生凯蒂·诺尔斯（Katie Knowles），她在该校行星天文学教授汤姆·斯塔拉德（Tom Stallard）的悉心指导下完成了这项课题。斯塔拉德教授在2023年9月为该项目争取到了宝贵的22小时詹姆斯·韦伯望远镜观测时长。此外，该研究项目还汇集了美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）以及加拿大航天局（CSA）的多方协作力量。

与主要受太阳风活动调节的地球极光机制截然不同，木星的极光在很大程度上是由其四颗大型卫星的引力与磁场相互作用驱动的。研究发现，木卫一足迹展现出了极端的动态不稳定性，其密度在短短几分钟内可发生高达45倍的剧烈波动，且伴随着频繁的温度震荡。这表明轰击木星大气的强力电子流正处于一种高度活跃且多变的状态。

此次获取的定量光谱测量结果，为人类深入理解地外行星磁层动力学迈出了关键一步。研究结论不仅揭示了木星系统的奥秘，还暗示这种由卫星与行星相互作用主导的物理机制可能在宇宙中广泛存在。科学家指出，类似的现象极有可能在太阳系其他天体（如土星的卫星土卫二）上重演，这为未来的行星际科学研究提供了全新的理论支撑。