在此之前，人類已經觀察到太陽係中各大行星（除了水星）甚至一些天然衛星（月球、木衛二、木衛三）上各種各樣的極光現象，但彗星上的極光還是首次發現。這一不同尋常的遠紫外電磁輻射現象是如何產(chan) 生的呢？

這張動圖由24張照片合成，這些照片是ESA的羅塞塔探測器在2014年11月19日至12月3日期間圍繞67P彗星運行時由導航相機采集到的。

Credit: ESA/Rosetta/NAVCAM

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極光（Aurora）的本質

地球磁層作用下太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使地球高層大氣分子或原子激發（或電離），從(cong) 而產(chan) 生帶顏色的微光（綠色、白色最為(wei) 常見）。這就是地球上的極光。

極光常常出現於(yu) 緯度高、靠近地磁極地區的上空，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩定，有時做連續性變化。極光產(chan) 生的條件有三個(ge) ：大氣、磁場、高能帶電粒子。

挪威的極光

極光不隻在地球上出現，太陽係內(nei) 的其它一些具有磁場的行星上也有極光。

木星上的極光

可問題是，67P彗星沒有磁場，那極光是怎麽(me) 產(chan) 生的呢？

“最初，我們(men) 認為(wei) 67P彗星的紫外輻射是一種被稱為(wei) ‘氣輝（dayglow）’的現象，這是太陽光子與(yu) 彗星氣體(ti) 相互作用的過程，”喬(qiao) 爾·帕克（Joel Parker）博士負責羅塞塔探測器搭載的“愛麗(li) 絲(si) 遠紫外光譜儀(yi) （Alice FUV）”，他說：“我們(men) 驚奇地發現，這些紫外輻射是極光，不是由光子驅動的，而是由太陽風中的帶電粒子驅動的。這些帶電粒子將彗發中的水以及其他分子電離，被激發的原子在彗星附近的環境中加速，由此產(chan) 生了這種獨特的光。”這類似於(yu) 地球極光的產(chan) 生機製。

彗星極光的產(chan) 生機理

該論文的第一作者是來自倫(lun) 敦帝國理工學院的瑪麗(li) 娜·加蘭(lan) （Marina Galand）。她帶領團隊使用基於(yu) 物理學的模型，來整合羅塞塔號上各種儀(yi) 器的測量結果。

她認為(wei) ：“這樣做，我們(men) 不必僅(jin) 僅(jin) 依賴一台儀(yi) 器的一組數據，而是可以集中多台儀(yi) 器的海量數據，以便更好地了解發生了什麽(me) 。這樣，我們(men) 能夠毫不含糊地確定67P彗星的紫外原子發射是如何形成的，並揭示它們(men) 的極光性質。67P的極光是獨一無二的。”

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●羅塞塔號的艱巨任務

彗星是一顆“時間膠囊”，它含有太陽及其行星形成時期遺留下來的原始物質。近距離觀測彗星將有助於(yu) 科學家們(men) 了解太陽係的起源和演化，以及彗星在行星形成過程中可能扮演的角色。

羅塞塔號模型圖。

羅塞塔探測器是太空探索中成就最豐(feng) 富的“彗星獵人”，也是人類曆史上第一艘與(yu) 彗星會(hui) 合，並圍繞它運行的航天器。它於(yu) 2004年發射升空，從(cong) 2014年8月開始圍繞67P運行，直到2016年9月它著陸在彗星表麵，結束了它的任務。但是時至今日，科學家們(men) 依然在整理它返回給我們(men) 的數據，並不斷得出驚人的結論。

羅塞塔拍攝的67P彗星的最後一張照片，是在撞擊前不久拍攝的，估計海拔51米。這張照片是2016年9月30日用歐西裏斯廣角相機拍攝的。圖像比例尺約為(wei) 5毫米/像素，圖像測量寬度約為(wei) 2.4米。

羅塞塔號與(yu) 67P彗星的“約會(hui) ”之路可謂是一波三折。按計劃，它本來將於(yu) 10年內(nei) 飛越地球3次和火星1次。然而當探測器抵達木星軌道附近後，其裝載的太陽能電池已經無法從(cong) 太陽獲得足夠的能量。為(wei) 了給最後階段的“追逐”保留電力，研究人員從(cong) 2011年6月8日開始，讓羅塞塔號進入休眠狀態。格林尼治時間1月20日10時，羅塞塔號被“喚醒”了，跟蹤導航係統開始逐漸升溫，大約6個(ge) 小時後恢複正常工作。之後，羅塞塔進行了一係列機動變軌，從(cong) 後方逐漸追趕上彗星，進入環繞彗星運行的軌道。

2014年11月4日，羅塞塔號母艦上部署的一艘名為(wei) 菲萊（Philae）的小型著陸器降落在彗星上。由於(yu) 推進程序錯誤，以及固定裝置未能及時打開，它未能在指定地點著陸，觸地後多次彈跳，最終落在了一個(ge) 隕石坑邊緣的陰影中。因陽光不足導致太陽能電池板無法有效充電，菲萊在工作了3天後便因電力耗盡進入休眠狀態。在這三天中，菲萊獲得了第一批從(cong) 彗星表麵拍攝的圖像，並傳(chuan) 回了寶貴的科研數據。

菲萊號傳(chuan) 回的照片。

Credit：ESA

菲萊曾在2015年6月至7月間數次短暫“蘇醒”，並向地球傳(chuan) 回數據，約3萬(wan) 粉絲(si) 通過推特表達了他們(men) 對重新與(yu) 其取得聯係的激動心情。隨著67P彗星在2015年8月飛過近日點，彗星噴射出大量的水氣和塵埃，為(wei) 了保護羅塞塔號，控製中心隻好命令其飛到距離彗星表麵三百公裏的軌道運行，這個(ge) 距離超過菲萊與(yu) 羅塞塔的有效通信範圍。2016年2月12日，控製中心已經停止向菲萊發送任何指令，但仍然保持監聽菲萊可能發送的無線電信號。北京時間2016年7月27日23時07分，羅塞塔號飛船關(guan) 閉船上的電器支援係統，切斷與(yu) 菲萊的所有聯係，以節省電力。2016年9月2日，羅塞塔飛船搭載的相機拍攝到菲萊，它位於(yu) 67P彗星的Abydos區域。

菲萊探測器的數次“彈跳”。

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●極光——太陽風運動的播報員

在與(yu) 67P彗星相逢的兩(liang) 年內(nei) ，羅塞塔提供了大量數據，揭示了太陽和太陽風如何與(yu) 彗星相互作用，這對於(yu) 理解整個(ge) 太陽係的“空間天氣”至關(guan) 重要。觀察極光的變化，有助於(yu) 研究太陽輻射對空間環境的影響，最終可能有助於(yu) 保護衛星和航天器，護航前往月球或火星的宇航員。

對彗星極光現象的觀察無疑具有美學價(jia) 值。除此之外，即使沒有像羅塞塔這樣的太空探測器幫助我們(men) ，有朝一日，我們(men) 地球上的紫外線觀測技術也能幫助解釋太陽風對於(yu) 這些彗星的作用。在太陽係內(nei) 外各種各樣的環境中，我們(men) 都能觀察到極光。最近的研究表明，產(chan) 生極光的星體(ti) 並不需要有地球一樣的磁場，因為(wei) 67P彗星本身沒有磁場。這也是67P彗星的極光現象比地球上的更為(wei) 彌散的原因。

參考文獻：

1.（論文原文）M. Galand et al.Far-ultraviolet aurora identified at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko.Nature Astronomy,DOI: 10.1038/s41550-020-1171-7

2.https://scitechdaily.com/astronomers-discover-one-of-a-kind-glow-surrounding-comet-ultraviolet-atomic-emissions/amp/

3.https://go.newsfusion.com//nasa-news/item/7242199

4.https://scitechdaily.com/rosettas-final-descent-images-of-comet-67pchuryumov-gerasimenko/

5.https://www.slashgear.com/this-one-of-a-kind-comet-aurora-could-help-make-crewed-mars-missions-safer-21638923/amp/

來源：牧夫天文

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來源： 國家空間科學中心


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