舊數據，新技巧：NASA伽利略號20年來的新成果

美國國家航空航天局(NASA)的「伽利略」(Galileo)航天器在太陽系的另一端，僅僅是一個淡藍色的小點，在木星上運行了8年。在這段時間裡，這艘充滿熱情的太空飛船——比一隻成年的長頸鹿——稍微大一些，這讓它在這個氣體巨人的衛星上發現了一些新的發現，包括對木星周圍的磁場環境的觀測，這與木星自身的磁場是截然不同的。這項任務在2003年結束，但新恢復的伽利略第一次飛越Ganymede的數據帶來了關於月球環境的新見解——這與太陽系中的其他環境不同。

木衛三的磁層，圖片：NASA"s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

馬里蘭州Greenbelt的NASA戈達德太空飛行中心發表的關於Ganymede的磁層的論文的第一作者Glyn Collinson說：我們現在回到20多年後，重新審視一些從未發表過的數據，並完成了這個故事，發現沒有人知道這件事。新的結果顯示了一個暴風雨的景象：粒子從月球表面的冰表面猛烈地噴射出來，這是由於進入的等離子體雨，以及由於在兩個物體的磁場環境之間發生的爆炸性的磁場事件而在木星和Ganymede之間形成的強大的等離子體流動。科學家們認為，這些觀測結果可能是揭開月球秘密的關鍵，比如為什麼Ganymede的極光如此明亮。

1996年到達木星後不久，伽利略發現了一個驚人的發現：Ganymede有自己的磁場。雖然我們太陽系的大多數行星，包括地球，都有磁環境——也就是磁球——沒有人期望月球有一個。從1996年到2000年，伽利略用多台儀器收集月球磁層上的數據，製造了6個目標飛行器。這些數據包括航天器的等離子體子系統，或者是測量等離子體激發態、帶電氣體流經伽利略周圍環境的密度、溫度和方向。最近發表在《地球物理研究快報》上的新研究成果揭示了磁層獨特結構的有趣細節。

在這幅插圖中，月亮Ganymede繞著巨大的行星木星運行。Ganymede被描繪成極光，這是由美國宇航局的哈勃太空望遠鏡觀測到的。圖片：NASA/ESA

我們知道地球的磁球——除了幫助使指南針工作，使極光——是維持地球生命的關鍵，因為它有助於保護我們的地球免受來自太空的輻射。一些科學家認為地球的磁層對於生命的最初發展也是必不可少的，因為這種有害的輻射會侵蝕我們的大氣層。研究整個太陽系的磁層不僅有助於科學家了解影響地球周圍磁場環境的物理過程，它還幫助我們了解其他潛在的可居住世界的大氣層，包括我們自己的太陽系和更遠的地方。Ganymede的磁層提供了在木星更大的磁層中探索一個獨特的磁性環境的機會。在那裡，它受到太陽風的保護，使它的形狀與太陽系其他的磁球不同。

通常磁球是由流經它們的超音速太陽風粒子的壓力形成的。但是在Ganymede，圍繞木星的相對較慢的等離子體將月球的磁層雕刻成一個長角狀的形狀，在月球的軌道上延伸到月球的前方。飛越Ganymede之後，伽利略一直被高能粒子所撞擊——這是一種對月球的打擊。由木星磁層加速的等離子體粒子，持續降雨在Ganymede的兩極，在那裡磁場將它們引導到表面。對伽利略的新分析數據顯示，等離子體由於即將到來的等離子雨而被從月球的冰表面發射出去。

NASA戈達德的研究報告的合作者Bill Paterson說：這些粒子從極地地區飛出來，它們可以告訴我們一些關於Ganymede的大氣層的信息，非常薄，還可以告訴我們，Ganymede的極光是如何形成的。Ganymede擁有極光，或北極光和南極光，就像地球一樣。然而與我們的行星不同的是，導致Ganymede的極光的粒子來自於圍繞木星的等離子體，而不是太陽風。在分析數據時科學家們注意到，在其第一個Ganymede飛越，伽利略意外地越過Ganymede極光的地區，就是明證離子觀察下雨下到月球表面的極冠。通過比較離子下降的位置從哈勃觀察到的數據，科學家們可以確定的精確位置極光區，這將幫助他們解決謎團,比如使極光。

當它在木星周圍巡航時，伽利略也碰巧穿過了由磁力線的纏結和斷裂引起的爆炸事件。這個被稱為磁重連接的事件發生在我們太陽系的磁層中。伽利略首次觀測到，由於兩個磁層之間的磁重連接事件，在木星和Ganymede之間產生了強烈的等離子體流。據認為這種等離子體泵的作用是使Ganymede的極光異常明亮。未來對PLS數據的研究可能會提供新的見解，與先前決定利用伽利略和哈勃太空望遠鏡的數據在月球上存在的地下海洋有關。

博科園-科學科普｜文：參考期刊：地球物理研究通訊｜來自：美國航天局戈達德太空飛行中心

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