NASA 的詹姆斯・韋伯太空望遠鏡近期捕捉到木星極光前所未見的變化細節，顯示木星極光會在幾秒內劇烈變化，其上層大氣的能量動態遠比原先認為的更加複雜。在北極高空中，極光不僅「閃爍」、「跳動」，甚至能在短短數秒內迅速改變。這些觀測揭示，木星強大的磁場會加速帶電粒子，使其以極高能量撞擊大氣，產生劇烈的紅外發光現象，其亮度與規模遠超地球極光。
本次觀測的一大重點，是紅外線波段中由三氫陽離子（H₃⁺）產生的輻射。H₃⁺ 是當高能粒子游離木星大氣中的氫分子後形成的化學產物，也是上層大氣的重要冷卻劑。科學家長期推測 H₃⁺ 的壽命可能介於數秒至十多分鐘之間，但一直缺乏精細的觀測佐證。如今透過韋伯望遠鏡的高時間與空間解析能力，研究團隊發現這些離子的發光在數秒內即可能出現顯著變化，顯示其壽命極短，對極光能量輸入反應極為靈敏。
影片說明：詹姆斯・韋伯太空望遠鏡捕捉到木星極光的嶄新細節。這些在木星上舞動的光芒，其亮度為地球極光的數百倍。影片左側顯示的是韋伯太空望遠鏡的近紅外線相機於 2023 年 12 月 25 日拍攝的木星極光影像。科學家發現，由三氫陽離子（H₃⁺）所產生的輻射變化幅度遠超過以往認知。H₃⁺ 是高能電子撞擊分子氫後所形成，並在紅外波段發出明亮輻射，極適合由韋伯的儀器進行觀測。右側影像為木星全貌，標示出極光觀測區域位置，該影像最初發表於 2023 年。
更令人驚訝的是，與哈伯太空望遠鏡同步拍攝的紫外線影像相比，部分紅外極光區域竟然在紫外波段中毫無對應亮點。這暗示可能有大量低能量粒子沉降至大氣較深處，激發出 H₃⁺ 發光卻未產生紫外輻射，這一現象挑戰了過去對極光能量傳輸機制與粒子來源的理解。
此次觀測也記錄到數個向黎明側迅速推進的極光脈衝，以及沿木衛一磁力線尾跡傳播的明顯脈動，顯示木星磁層與電離層之間的動態互動比預期更加劇烈且瞬息萬變。透過韋伯與哈伯協同觀測，研究人員得以首次根據短暫的極光爆發行為推算 H₃⁺ 的實際壽命，並進一步估算極區電離層中的電子數密度，為理解木星上層大氣的能量平衡與磁場動力學提供了關鍵新線索。這項研究已發表於《自然通訊》（Nature Communications）期刊（Nichols et al. 2025）。（編譯 / 段皓元）
資料來源：Webb; Nichols et al. 2025
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