朱诺号飞船首次观测到木卫四紫外极光足迹：揭示木星磁层与伽利略卫星的电磁耦合机制

朱诺号飞船在木星磁层扩张期间，首次同时捕捉到四颗伽利略卫星（Io、Europa、Ganymede、Callisto）的紫外极光足迹。研究通过原位电子测量（JADE）和波观测（Waves），证实木卫四（Callisto）的双斑点结构（TEB/MAW）由10 keV电子束触发，能量通量达55 mW·m-2，填补了木星卫星-磁层相互作用的关键空白。

　　

研究背景

木星的极光现象一直是行星科学的热点，其多波段辐射（紫外、红外、射电等）主要由磁层等离子体与伽利略卫星（Io、Europa、Ganymede）的电磁相互作用驱动。然而，最外侧的卫星Callisto（木卫四）因其微弱信号与主极光带重叠，长期未被明确观测。传统理论认为，Callisto的亚阿尔文（sub-Alfvénic）相互作用效率较低，且缺乏弓激波结构，导致其能量传递机制存疑。朱诺号（Juno）任务通过高偏心极轨观测，为解析这一谜题提供了契机。

研究方法

研究结合朱诺号第22次近木点（PJ22）的紫外光谱仪（UVS）遥感数据与原位探测（JADE电子传感器、Waves波仪器），通过磁层扩张事件分离Callisto足迹。利用JRM33+KK2005磁层模型精确定位卫星磁力线投影，并通过电子能量分布（1.1–30.2 keV）和波谱分析验证物理机制。

研究结果

1. 磁层扩张与极光位移

磁层电流强度达156.1 nT（历史峰值），主极光带向赤道偏移1800 km，使Callisto足迹（26.33 R_J）首次脱离主极光干扰。

2. 紫外双斑点结构

Callisto足迹呈TEB（108±11 kR）和MAW（137±15 kR）双斑点，旋转速率（0.98×10^-2 deg·s^-1）与其轨道运动一致，证实其真实性。

3. 原位电子与波观测

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-2）与静电孤立波（ESWs）相关信号'>

电子能量呈非单调分布，与Europa/Ganymede的TEB特征相似，但能量通量低50%。波谱显示电场主导（δE?cδB），符合阿尔文波加速机制。

4. 射电辐射潜力

电子速度分布函数（EDF）存在损失锥不稳定性，可触发弱射电辐射（<5×10^-18 W·m^-2·Hz^-1），但低于Juno-Waves检测限。

结论与意义

研究首次完整揭示了四颗伽利略卫星的极光足迹共性，证实Callisto通过亚阿尔文相互作用（等离子体密度0.1 cm^-3，尺度高0.94 R_J）驱动电子加速，填补了木星磁层-卫星耦合模型的最后一块拼图。成果发表于《Nature Communications》，为JUICE任务后续探测Callisto环境提供了理论框架，并拓展了系外行星-卫星系统的电磁相互作用认知。