在地球上,丰富的观测数据清晰地显示了阿尔芬波在极光驱动方面的重要作用,并逐渐改变了学界对木星极光驱动过程的认识。在木星上,有理论研究曾提出阿尔芬波在驱动木星极光方面的重要意义(Saur et al., 2018)。 此后,Gershman et al.(2019)使用朱诺号飞船观测数据研究阿尔芬扰动和极光的关系,他们发现,在朱诺号飞掠极光区域的时候,可以看到阿尔芬扰动的增强。但他们的研究没有涉及直接的极光观测资料,因此只能证明该区域存在阿尔芬波而不能提供阿尔芬波与极光辐射强度的关联。
中国科学院地质与地球物理研究所博士后潘东晓与尧中华副研究员、魏勇研究员,以及比利时列日大学太空中心主任Denis Grodent教授和Bertrand Bonfond研究员等人,设计并利用哈勃太空望远镜对木星极光的观测数据,配合朱诺号飞船在木星磁层中的磁场探测数据,直接从这两方面的观测出发,研究木星极光与阿尔芬波动的关联。在木星上,阿尔芬波动的周期一般在几十分钟,因此该工作选择周期在1-60分钟的低频阿尔芬扰动进行研究。研究结果显示,极光辐射强的事件对应的波动强度越强,二者有很好的相关性(图1)。这一结果从统计的角度首次直接证实了阿尔芬波与木星极光的关联,为阿尔芬波驱动木星极光这一理论框架提供了重要的观测证据。

图1 木星极光功率与阿尔芬波动强度的关系
研究成果发表于国际权威学术期刊Geophysical Research Letters(潘东晓,尧中华*,Harry Manners, William Dunn, Bertrand Bonfond, Denis Grodent, Binzheng Zhang,郭瑞龙,魏勇. Ultralow-frequency waves in driving Jovian aurorae revealed by observations from HST and Juno[J]. Geophysical Research Letters, 2021, 48: e2020GL091579. DOI:10.1029/2020GL091579)。本研究得到中科院A类先导专项项目(鸿鹄专项,XDA17010201)、国家自然科学基金项目(42004149, 41704169, 42074211)和中科院地质与地球物理研究所重点部署项目(IGGCAS-201904)等项目的资助。