天文学家利用美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）发现了一颗褐矮星（比木星质量大但比恒星小的天体）可能会显示极光，就像我们熟悉的北极光一样。这是一个意想不到的谜，因为这个被称为 W1935 的褐矮星是太空中一个孤立的天体，附近没有恒星来产生极光。
这幅艺术家的概念图描绘了距离地球 47 光年的褐矮星 W1935。天文学家利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了来自 W1935 的甲烷红外辐射。这是一个意想不到的发现，因为这颗褐矮星非常寒冷，而且缺少一颗主恒星；因此，没有明显的能量来源来加热它的上层大气，使甲烷发光。研究小组推测，甲烷的发射可能是由于产生极光的过程造成的，这里用红色显示。图片来源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）编辑
地球上的极光是来自太阳的高能粒子被我们星球的磁场捕获后产生的。这些粒子层层坠落到地球两极附近的大气层中，与气体分子碰撞，形成阴森、舞动的光幕。由于 W1935 没有恒星产生恒星风，因此与星际等离子体或附近的活动卫星（如木星的木卫一）的外部相互作用可能有助于解释所观测到的红外辐射。
天文学家利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了 12 颗冷褐矮星。其中的两颗--W1935 和 W2220--在成分、亮度和温度上似乎近似于双胞胎。不过，W1935 显示出甲烷的发射，而不是 W2220 预期的吸收特征。研究小组推测，甲烷发射可能是由于产生极光的过程。资料来源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）
使用美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的天文学家发现一颗褐矮星（比木星质量大但比恒星小的天体）上有甲烷发出的红外线，这可能是其上层大气中的能量造成的。这是一个意想不到的发现，因为这颗名为 W1935 的褐矮星非常寒冷，而且缺乏一颗主恒星；因此，它的上层大气没有明显的能量来源。研究小组推测，甲烷发射可能是由于产生极光的过程。
这些发现将在新奥尔良举行的美国天文学会第 243 次会议上公布。
为了帮助解释甲烷红外辐射之谜，研究小组将目光转向了太阳系。甲烷发射是木星和土星等气态巨行星的共同特征。产生这种辐射的高层大气加热与极光有关。
在地球上，极光是太阳吹向太空的高能粒子被地球磁场捕获后产生的。它们沿着地球两极附近的磁场线进入大气层，与气体分子碰撞，形成阴森恐怖的舞动光幕。木星和土星也有类似的极光过程，包括与太阳风的相互作用，但它们也会从附近的活跃卫星获得极光，如木卫一（木星）和土卫二（土星）。
对于像 W1935 这样孤立的褐矮星来说，没有恒星风对极光过程做出贡献，也无法解释高层大气中甲烷排放所需的额外能量，这是一个谜。研究小组推测，要么是像木星和土星的大气现象那样无法解释的内部过程，要么是与星际等离子体或附近活动卫星的外部相互作用，都可能有助于解释甲烷排放的原因。
极光的发现就像一个侦探故事。由纽约美国自然历史博物馆天文学家杰基-法赫蒂（Jackie Faherty）领导的团队获得了使用韦伯望远镜的时间，对12颗冷褐矮星进行调查。其中包括W1935--一个由公民科学家丹-卡塞尔登（Dan Caselden）发现的天体，他曾参与"后院世界"（Backyard Worlds Zooniverse）项目；以及W2220--一个利用美国国家航空航天局（NASA）的宽视场红外巡天探测器（Wide Field Infrared Survey Explorer）发现的天体。韦伯望远镜以精美的细节揭示了 W1935 和 W2220 在成分上近乎克隆。它们还具有相似的亮度、温度以及水、氨、一氧化碳和二氧化碳的光谱特征。一个显著的例外是，W1935 出现了甲烷的发射，而 W2220 却没有出现预期的吸收特征。这是在一个独特的红外波长上看到的，而韦伯对这一波长具有独特的敏感性。
"我们预计会看到甲烷，因为甲烷遍布这些褐矮星。但我们看到的情况恰恰相反，甲烷并没有吸收光线： 甲烷在发光。我的第一个想法是，这到底是怎么回事？为什么这个天体会释放出甲烷？"研究小组使用计算机模型来推断甲烷发射背后的原因。建模工作显示，W2220 在整个大气层中的能量分布符合预期，随着高度的增加而变冷。另一方面，W1935 的结果却出人意料。最佳模型倾向于温度反转，即大气层随着高度的增加而变暖。
这项研究的主要建模者、英国赫特福德大学的合著者本-伯宁汉姆（Ben Burningham）说："这种温度反转现象确实令人费解。我们曾在附近有恒星的行星上看到过这种现象，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这种现象就太疯狂了。"
为了寻找线索，研究小组把目光投向了我们自己的后院--太阳系的行星。气态巨行星可以作为替代物，反映 40 多光年外 W1935 大气层中的情况。
研究小组意识到，温度倒挂现象在木星和土星等行星中非常突出。人们仍在努力了解它们平流层加热的原因，但太阳系的主要理论涉及极光的外部加热和来自大气深处的内部能量传输（前者是主要的解释）。
这并不是第一次用极光来解释褐矮星的观测结果。天文学家曾探测到来自几颗较暖褐矮星的射电辐射，并将极光作为最可能的解释。凯克天文台等地面望远镜对这些射电发射褐矮星的红外线特征进行了搜索，以进一步确定这一现象的特征，但没有得出结论。
W1935是太阳系外第一个具有甲烷发射特征的极光候选天体。它也是太阳系外最冷的候选极光，有效温度约为400华氏度（200摄氏度），比木星高出约600华氏度。
在太阳系中，太阳风是极光过程的主要贡献者，木卫一和土卫二等活跃的卫星分别在木星和土星等行星上发挥着作用。W1935 星完全没有伴星，因此恒星风不可能促成这一现象。至于一颗活跃的卫星是否会在W1935上的甲烷排放中发挥作用，目前还不得而知。
法赫蒂指出："有了W1935，我们现在有了一个太阳系现象的壮观延伸，而没有任何恒星辐照来帮助解释。"她补充说："有了韦伯望远镜，我们就能真正'打开'化学反应的'罩子'，了解太阳系以外的极光过程有多么相似或不同。"
编译来源：ScitechDaily