美国宇航局的韦伯望远镜在孤立的褐矮星上发现了可能出现极光的迹象

天文学家使用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一颗褐矮星(比木星大但比恒星小的物体)，它有甲烷的红外辐射，可能是由于其上层大气中的能量。这是一个意想不到的发现，因为褐矮星W1935很冷，没有主星;因此，上层大气的能量没有明显的来源。研究小组推测，甲烷的排放可能是由于产生极光的过程。

这些发现在新奥尔良举行的第243届美国天文学会会议上发表。

为了帮助解释甲烷红外辐射的奥秘，研究小组转向了我们的太阳系。甲烷的排放是木星和土星等气态巨行星的共同特征。上层大气的加热为这种排放提供动力与极光有关。

在地球上，当从太阳吹到太空的高能粒子被地球磁场捕获时，就会产生极光。它们沿着地球两极附近的磁力线倾泻而下，与气体分子碰撞，形成了怪异的、跳舞的光幕。木星和土星有类似的极光过程，涉及到与太阳风的相互作用，但它们也从附近的活跃卫星，如木卫一(木星)和土卫二(土星)得到极光的贡献。

对于像W1935这样孤立的褐矮星来说，没有恒星风来促进极光过程，并解释甲烷排放所需的上层大气中的额外能量是一个谜。研究小组推测，要么是无法解释的内部过程，如木星和土星的大气现象，要么是与星际等离子体或附近活跃卫星的外部相互作用，可能有助于解释这种发射。

侦探故事

极光的发现就像一个侦探故事。纽约美国自然历史博物馆的天文学家Jackie Faherty领导的一个小组被授予使用韦伯望远镜研究12颗冷褐矮星的时间。其中有W1935——一个由参与后院世界动物宇宙项目的公民科学家丹·卡斯尔登发现的物体——和W2220，一个由美国宇航局的广域红外探测探测器发现的物体。韦伯详细地揭示了W1935和W2220在组成上几乎是一模一样的。它们的亮度、温度和光谱特征也与水、氨、一氧化碳和二氧化碳相似。一个显著的例外是，W1935显示了甲烷的排放，与W2220观测到的预期吸收特征相反。这是在一个独特的红外波长上看到的，韦伯对这个波长非常敏感。

“我们希望看到甲烷，因为这些褐矮星上到处都是甲烷。但我们看到的不是吸收光，而是相反:甲烷在发光。我的第一反应是，管他呢?为什么甲烷会从这个物体中排放出来?”

该团队使用计算机模型来推断辐射背后的原因。建模工作表明，W2220在整个大气中具有预期的能量分布，随着高度的增加而变冷。另一方面，1935年的结果令人惊讶。最好的模型倾向于逆温，即大气随着海拔的升高而变暖。“这种逆温现象确实令人费解，”来自英国赫特福德大学的合著者、该研究的首席建模师本·伯宁汉(Ben Burningham)说。“我们在附近有一颗恒星的行星上看到过这种现象，这颗恒星可以加热平流层，但在一个没有明显外部热源的物体上看到这种现象是疯狂的。”

来自太阳系的线索

为了寻找线索，研究小组在我们自己的后院，也就是太阳系的行星上寻找线索。这些气态巨行星可以作为40光年外W1935大气中所发生的情况的代表。

研究小组意识到，温度逆温在木星和土星等行星上很突出。人们仍在努力了解平流层加热的原因，但关于太阳系的主要理论包括极光的外部加热和来自大气层深处的内部能量传输(前者是一个主要的解释)。

背景中的棕矮星极光候选者

这并不是极光第一次被用来解释棕矮星的观测结果。天文学家已经探测到来自几颗温度较高的褐矮星的射电辐射，并认为极光是最可能的解释。研究人员利用凯克天文台等地面望远镜对这些发射无线电的褐矮星的红外特征进行了搜索，以进一步表征这一现象，但没有得出结论。

W1935是太阳系外第一个具有甲烷排放特征的极光候选者。它也是太阳系外最冷的极光候选者，有效温度约为400华氏度(200摄氏度)，比木星高约600华氏度。

在我们的太阳系中，太阳风是极光过程的主要贡献者，像木卫一和土卫二这样的活跃卫星分别对木星和土星这样的行星起着作用。W1935完全没有伴星，所以恒星风不能促成这种现象。目前尚不清楚是否有一颗活跃的卫星可能在W1935上的甲烷排放中起作用。

“有了W1935，我们现在有了太阳系现象的壮观延伸，没有任何恒星辐射来帮助解释。”Faherty指出。她补充说:“有了韦伯，我们可以真正‘揭开’化学的面纱，揭示出太阳系之外的极光过程有多相似或不同。”