天外极光的神秘之处：绚烂之下，来源难寻？
詹姆斯·韦伯太空望远镜在“失败恒星”上空发现神秘极光的蛛丝马迹
“我们曾在靠近恒星的行星上看到过这种现象，因为恒星可以加热平流层，但在一个没有明显外部热源的天体上看到它，真是太疯狂了。”
艺术家绘制的存在极光的褐矮星插图。科学家们最近使用詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了它的踪迹。
图片来源：美国航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、莉亚·胡斯塔克（空间望远镜研究所）
通过使用美国航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜，天文学家发现了一颗“失败恒星”，也就是褐矮星，它表现出拥有极光的迹象。
为人熟知的极光是北极光和南极光，它们是太阳上带电粒子撞击地球大气中的分子引起的，通常只在高纬度地区可见，因为地球的行星磁场会将这些粒子引导向极点。
在我们的太阳系中，木星和土星等其他行星上也发现了极光，甚至在活跃的卫星上也曾观测到，如木卫一伊奥和土卫二恩克拉多斯。这些光可能都是由太阳带电粒子轰击引起的。
因此，在距离地球40多光年的褐矮星W1935上发现的新极光显得格外神秘，因为没有靠近它的恒星可以提供带电粒子来激发极光。
褐矮星比气态巨行星大，比恒星小，但它们跟恒星一样，从坍缩的气体和尘埃云中诞生。这意味着大多数褐矮星通常远离恒星，就像W1935一样。
它们有一个略显不公平的绰号——“失败恒星”，这是因为它们没有足够质量在其核心内触发氢到氦的核聚变过程，而这种核聚变是恒星的能量来源，至少在主序星阶段是如此。
来自褐矮星 W1935 的甲烷辐射，表明可能存在极光。图片来源：美国航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、莉亚·胡斯塔克（空间望远镜研究所）
詹姆斯·韦伯探测到的甲烷红外辐射表明W1935上可能存在极光。当在木星和土星上看到类似的甲烷辐射时，是因为大气被加热，带电粒子沿着磁力线飞驰并撞击大气粒子，从而形成了极光。因此研究小组认为木星和土星的情况也适用于这个孤立的褐矮星。
由于缺乏外部太阳风引起潜在极光的可能性，研究小组认为也许是褐矮星内部发生了一些过程，为其大气层提供能量。再或者可能是星际等离子体正在撞击W1935，亦或是该褐矮星可能并非完全孤立，正从附近的活跃卫星接收粒子流。
詹姆斯·韦伯太空望远镜用两颗褐矮星玩“找不同”
由美国自然历史博物馆的天文学家杰基·法赫提领导的科学家团队在使用詹姆斯·韦伯太空望远镜研究12颗褐矮星时发现了下面的现象：
在这些褐矮星中存在两颗褐矮星W1935和W2220，价值100亿美元的望远镜发现它们非常相似，几乎是彼此的克隆体，具有相近的温度、亮度以及几乎相同的水、氨、一氧化碳和二氧化碳成分。
然而，W1935与其“双胞胎”不同，存在发射红外光的甲烷。而在W2220上，同样的化合物吸收了光。
“我们预先猜测会发现甲烷，它在这些褐矮星上到处都是。但我们实际看到的现象却与预想的相反：甲烷在发光，”法赫提在声明中说道，“我的第一反应是，这是什么情况？为什么这个天体上的甲烷在向外发射光？”
为了确定甲烷向外发射辐射的原因，研究团队建立褐矮星大气层模型，发现W2220的大气层随着高度的增加而变冷，但W1935的大气层似乎存在温度逆转，它的大气层随着高度的增加而变得更热。
“这种温度逆转着实令人费解，”英国赫特福德大学的研究负责人、建模师本·伯宁厄姆在同一声明中表示，“我们在靠近恒星的行星上看到过这种现象，因为恒星可以加热平流层，但在没有明显外部热源的天体上看到它，真是太疯狂了。”
于是，研究团队转向木星和土星寻求解释办法，他们发现这种温度逆转现象在这些太阳系气态巨行星的大气层中也很显著。对此的主要理论解释是它们的大气层以与地球上产生极光相似的过程进行加热。
极光之前也曾被用来解释褐矮星不寻常的特性，例如这些较“暖”的“失败恒星”所发出的射电辐射。不过，詹姆斯·韦伯望远镜对W1935的观测首次发现了褐矮星的甲烷红外辐射，表明极光存在。
“因为发现了W1935，太阳系现象的一面便在我们面前壮观延伸，而且无需任何恒星辐射来辅助解释，”法赫提总结道，“利用韦伯望远镜，我们能够真正打开化学反应的‘罩子’，解读太阳系外极光过程的相似或不同之处。”
法赫提在新奥尔良召开的第243届美国天文学会会议上展示了该团队的研究成果。