韋伯望遠鏡揭示木星極光「足跡」光譜：衛星交互作用引發的獨特溫度結構

根據 2026 年 3 月 2 日發表於《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）的最新研究，科學家首次成功獲取了木星紅外極光「足跡」（footprints）的完整光譜測量數據。這些由木星的伽利略衛星所產生的極光特徵，是透過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的高精度觀測所得。這項突破性的研究不僅揭示了木星高層大氣中先前未曾被發現的複雜溫度結構，還記錄到了極其劇烈的密度波動。

該研究深入分析了木星磁層與其衛星——特別是木衛一（Io）和木衛二（Europa）——交互作用下所形成的極光區域物理參數。研究團隊在木衛一的極光足跡中發現了一個引人注目的「冷斑」（cold spot），其離子環境溫度僅為 538 開爾文（約攝氏 265 度）。相較之下，周邊主要極光區域的溫度則高達 766 開爾文（約攝氏 493 度）。此外，該冷斑區域內的氫分子正離子（H₃⁺）密度竟比主極光區高出三倍之多。

本次研究的領銜作者為諾桑比亞大學（Northumbria University）的博士生凱蒂·諾爾斯（Katie Knowles），並由該校行星天文學教授湯姆·斯塔拉德（Tom Stallard）指導。斯塔拉德教授於 2023 年 9 月成功爭取到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡長達 22 小時的觀測時段，為數據採集奠定了基礎。此項跨國合作計畫亦獲得了美國國家航空暨太空總署（NASA）、歐洲太空總署（ESA）以及加拿大太空總署（CSA）的鼎力支持。

與地球極光主要受太陽風調節不同，木星的極光現象在很大程度上受到其四大衛星的影響。觀測數據顯示，木衛一足跡區域展現出極端的變異性，包括密度在短短數分鐘內發生高達 45 倍的劇烈變化，以及顯著的溫度波動。這些現象顯示，轟擊木星大氣的高能電子流正處於快速且劇烈的動態演變之中，反映了衛星與行星間複雜的能量交換過程。

這些量化光譜測量數據標誌著人類在理解太陽系外行星磁層方面邁出了重要一步。研究結論指出，這種由衛星與行星交互作用驅動的物理機制可能具有普遍性，未來或可應用於研究土星衛星土衛二（Enceladus）等其他天體。這項發現不僅豐富了行星科學的理論框架，也為探索宇宙中類似的交互作用提供了關鍵的參考依據。