2 木星和太阳系其它外行星射电爆发

多数的太阳系行星都有较宽的射电热辐射，亮温度在100～数百K，覆盖了毫米波到厘米波段。这些热辐射来自其大气层和类地行星的表面，波长越长，产生辐射的层次愈深。而在MH和HF频段，数十年来的行星际探测器在木星、土星、天王星、海王星上探测到了射电爆发。太阳系的外行星射电辐射最典型的是木星和土星。以土星为例，除了发生在波长从 1 mm～94 cm的波段内的气体产生的电磁波热辐射，非热射电辐射或爆发也被探测到，并发现这些射电爆发的产生需要有包围着行星的磁层[3-4,18,20-21]。这一发现支持了早期关于这些行星内部构造、特别是核体部分存在高温金属物质的理论或假说，这些行星的高温金属核体在转动时形成了磁场，并辐射到了行星大气空间。对MF波段射电爆发的探测和监测，也成为了一种解释行星内部构造和时变动力学特性的关键手段之一。

2.1 气体大行星的极光爆发特性

拥有强磁场的气体行星，如土星和木星，它们的强磁场把行星际太阳风中的带电粒子汇聚到两极，粒子与其高层大气中的气体分子或原子相互碰撞作用下释放出大量的电子，当这些电子与带正电的粒子复合成中性分子时就会在可见光波段产生辐射，极光就产生了。这类极光的产生时效性短暂，且根据太阳风的强弱而变化[4,20]。数十年来这些气体行星绚丽的极光现象被空间和地面天文光学望远镜以及探测器携带的光学遥感设备拍摄记录下来。图2是欧洲南方天文台（European Southern Observatory，ESO）拍摄到的木星极光（

图2 地面光学天文台拍摄到的木星极光现象Fig. 2 Jovian aurora image taken from a ground optical observatory

图3 哈勃空间望远镜拍摄到的土星极光演化过程Fig. 3 An evolution images of Saturn aurora taken by space telescope

太阳系行星的极光爆发在地球、木星、土星、天王星、海王星上被空间探测器首先探测到。数十年来空间探测的观测结果证实，发生在气体大行星上的极光也辐射千米波射电信号。这些行星极光射电爆发的谱特征在文献[4]中有分析描述，图4是根据该文献重新编辑的中文图示。从图4中可以看出，气体大行星都有宽谱的千米波辐射，强弱差异显著，其中木星频谱中还存在有很强的射电百米波、10米波辐射爆发谱。

图4 距离1 AU处行星射电辐射爆发密度谱Fig. 4 Spectra of planetary radio burst density at a distance of 1 A U

2.1.1 土星极光射电辐射爆发

1979年美国发射的行星际探测器“先驱者11号”（Pioneer 11）在离土星130万km处发现了土星的磁场，它的范围比地球磁场的范围大上千倍。土星的非热射电辐射包含3种成分，其中2种起源于环绕土星的磁层等离子体中，第3种可能是由于土星大气中的雷暴所产生的。1980年1 月，“旅行者1号”（Voyager 1）和“旅行者2号”（Voyager 2）飞船分别在距土星2 AU和3 AU 较远的距离上第一次观测到土星的非热射电辐射，辐射集中在50～500 kHz的宽千米波范围内，被称为土星千米波辐射，它的峰值强度出现在约175 kHz处。这种辐射表现出时标从几s到几min的爆发[2-4,20]。

这类辐射信号随着该行星的每次旋转而变化，为此研究们使用“旅行者号”“海盗号”（Viking）和“尤利西斯号”（Ulysses）探测器获得的土星千米辐射射电观测数据，研发了一种分析方法推算解析获得了土星自转一圈或者一天的长度为10.66 h。这种手段成为精确测量气体大行星和矮星动力学自转的有效方法，之后的“尤利西斯号”和“卡西尼号”（Cassini）探测器获得的数据优化了这一结果，把土星自转周期的观测结果精确到了秒级精度。奇特的是对土星两极上空极光千米波辐射测量获得的周期特性并不一致。“卡西尼号”探测数据初步显示出了两种不同的周期[22-24]，从土星北极释放的射电信号显示土星一天长度为10.6 h，而来自南极释放的射电信号显示土星一天长度为10.8 h，南北极平均射电数据显示土星一天长度为10.67 h。当太阳直接照射在土星赤道区域时，同时出现南极射电信号稳定地逐渐减少，北极射电信号则逐渐增加的现象。

类似的射电信号变化也出现于1980年“海盗号”航天器的观测数据里，同时也出现于1993—2000年“尤利西斯号”探测器观测数据中。这些研究发现土星南北极射电信号存在着差异，差异性在土星春秋季时分最明显。这种差异现象很难用土星两极旋转速率不同来解释，更可能的是射电信号的变化是南极和北极高空风流差异性所导致。

文章来源：《北极光》 网址: http://www.bjgzzs.cn/qikandaodu/2021/0522/743.html