Magnetohydrodynamic modelling of star-planet interaction and associated auroral radio emission
我们目前的计算极光无线电功率的磁化热彗星绕太阳类恒星，计算使用全球磁流体动力学（MHD）模型的磁层和电离层对流所产生的磁层和恒星风之间的相互作用。传统上，系外行星极光的无线电功率是使用经验或解析推导的关系来估计的，例如辐射波德定律（Radiometric Bode's Law，RBL），它将无线电功率与恒星风-行星相互作用中耗散的磁能或动能联系起来。这种方法有可能使引起无线电发射的磁层电动力学过于简单化。作为自洽图像的下一步，我们使用3D MHD模型对恒星风-磁层-电离层耦合电流进行建模。我们计算电子回旋脉塞不稳定性驱动的辐射从计算的电离层场向电流密度。我们表明，极光的无线电功率是行星际磁场（IMF）的强度高度敏感，并表示，发射饱和的似是而非的热木星彼得森电导，表明无线电功率可能在很大程度上是独立的电离层电导。我们估计峰值无线电功率的$10^{14}$ W从一个行星暴露于IMF强度的$10^3$ nT，这意味着在距离地球15 pc的通量密度可能检测与当前和未来的射电望远镜。我们还发现了无线电功率和行星轨道距离之间的关系，这与以前热木星磁层-电离层耦合的分析模型的结果大致一致，并表明RBL可能高估了热木星政权的无线电功率高达两个数量级
2020-03-22 astro-ph.EP astro-ph.SR
Origin of electron cyclotron maser-induced radio emissions at ultra-cool dwarfs: magnetosphere-ionosphere coupling currents
一些超冷的矮星发射出由电子回旋脉泽不稳定性产生的圆偏振无线电波。在太阳系中，这种无线电是从强极光磁场对准电流的区域发射出来的。因此，我们应用的想法开发木星的磁层，是一个很好的研究旋转为主的模拟在我们的太阳系中，快速旋转的UCD的情况下。我们解释的无线电发射的性质，从UCD显示，它会出现从电流产生的角速度剪切在快速旋转的磁场和等离子体，即由一个非常强大的模拟过程，导致木星的极光。这样的速度梯度表明，这些天体与其空间环境发生了重大的相互作用，导致强烈的极光发射。这些结果有力地表明，极光发生在我们太阳系以外的天体上。
2012-10-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Auroral Kilometric Radiation -- the Electron Cyclotron Maser Paradigm
极光千米辐射（AKR）是来自行星磁层的强射电辐射的范例。它的观测结果接近电子陀螺频率和/或其低次谐波，表明源等离子体的非热状态。当等离子体进入高能激发状态时产生发射，这导致电子分布函数的变形。在某些条件下，这导致"准相干"发射。我们认为，弱相对论性电子回旋脉塞不稳定性是产生这种辐射的原因。由于大力无线电辐射通常不是{主要}的重要性，在大尺度磁层现象，AKR等，为大尺度磁层物理学的目的，成为被认为是一个边缘问题。在这里，这一概念受到质疑。AKR虽然主要在磁层扰动时期应用于极光区，但只携带总亚暴能量的一小部分。然而，它在极光电离层上层物理学和空间天气研究中具有诊断能力。作为非热等离子体中辐射产生的基本物理问题，它仍然没有得到解决。即使只研究电子回旋脉塞，许多问题仍然悬而未决。在磁层中，通过观测和理论都可以很好地研究这些现象，因为磁层是空间中唯一可以连续进入的地方。最重要的是在这里没有暗示他们应该如何被攻击。它的价值在于它在应用于其他磁化行星、太阳系外行星和强磁化天体时所应发挥的作用，它是一种重要的工具，可以诊断在热、冲击或同步辐射之外的射频范围内产生辐射的物质状态。
2023-02-05 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Jupiter's UV auroral response to a magnetospheric compression event
本研究利用朱诺号数据，发现2022年12月太阳风激波压缩木星磁层导致紫外极光功率激增至12太瓦，为基线六倍，证实激波驱动极光增亮。
2025-05-26 astro-ph.EP
Analysis of HST, VLT and Gemini coordinated observations of Uranus late 2017 : a multi-spectral search for auroral signatures
9月6日，2017年，一次特殊的日冕物质抛射从太阳向地球和天王星方向离开，地球和天王星的磁层对太阳风很敏感。由此产生的行星际冲击引发了磁暴和强烈的极光在地球上的第二天，并预测MHD模型到达天王星11月10日至11日左右，这一事件提供了一个独特的机会，调查极光响应的不对称天王星磁层在其中间的分至至配置。协调的多光谱观测是用哈勃空间望远镜在远紫外区获得的，用甚大望远镜和北双子座在近红外区获得的，用钱德拉在X射线区获得的。在这项研究中，我们重点分析了2017年11月9日至17日期间获得的近红外图像，并将其与11月11日获得的一张FUV图像进行了比较。后者在H2波段显示了一个明亮的南方极光点，我们将其用作定位极光降水的参考。近红外图像的目的是绘制天王星电离层的H3+发射，并更新25年前拍摄的几张先驱图像的结果。这些新的高分辨率图像揭示了整个圆盘的H3+，尽管在南极附近更亮，但没有显示局部极光发射的证据。
2018-10-19 astro-ph.EP
Effect of transient solar wind pulses on atmospheric heating at Jupiter
在此之前，我们已经提出了第一个研究调查的响应木星热层的瞬态变化，太阳风动态压力，使用一个耦合的，方位对称的全球环流模型耦合一个简单的磁层模型。这项工作（Yates等人，2013年提交）描述了热层流动、动量源和磁层-电离层耦合电流对磁层瞬时压缩和膨胀的响应。本研究描述了热层加热、冷却和极光发射对上述瞬态事件的响应。我们发现，瞬态压缩和膨胀，在时间尺度<= 3小时，造成至少两个因素增加焦耳加热每单位体积。离子曳力显著地改变了热层中性粒子的动能，这取决于磁层是压缩还是膨胀。这些过程导致局部温度变化>= 25 K，热层中耗散的总功率增加约2000 TW。在极光过程中，瞬态压缩增加主要的椭圆形紫外线发射的一个因素~4.5，而瞬态膨胀增加这个主要的排放量由一个更温和的37%。这两种类型的瞬变事件的原因在主椭圆的位置，高达1度纬度的变化。
2013-12-16 astro-ph.EP physics.space-ph
Multi-spectral simultaneous diagnosis of Saturns aurorae throughout a planetary rotation
从2009年1月27日至28日，卡西尼号航天器在无线电，紫外线和红外线波长上远程获取了土星南部极光的综合观测，同时监测高能中性原子在中磁层的离子注入。同时进行的测量包括对整个行星自转进行采样，这是一个相关的时间尺度，用于调查磁层内部过程驱动的极光发射。此外，这段时间恰好与磁尾的一次类似亚暴的强烈事件相吻合，这导致了磁层和极光活动的总体黎明增强。我们比较分析这套独特的测量，以达到一个全面的看法，在调查的时间尺度上的克朗极光过程。我们确定了大气极光的三个来源区域，包括与大部分土星公里辐射（SKR）相关的主要椭圆形，以及极地和赤道排放。这些观测结果揭示了与主极光椭圆相关的发射的共转和亚共转动力学的共存。准确地说，我们表明，大气主椭圆主机短暂的子共转孤立的功能，连同一个明亮的，纵向延伸，共转区域锁定在南部SKR阶段。我们分配susbtorm的事件，以定期的，内部驱动的，夜侧离子注入可能是由等离子体喷射。我们还调查了总的极光能量预算，从输入到大气的功率，其特征在于沉淀电子高达20千电子伏，通过各种辐射过程的耗散。最后，通过模拟，我们确认了SKR旋转调制的探照灯性质，我们表明SKR弧与孤立的极光点。在未决问题的框架内讨论了由此产生的调查结果。
2013-07-17 astro-ph.EP
Revealing the Spatial Distribution of Dust and Plasma Solitary Waves in Jupiter's Innermost Magnetosphere Using Juno Waves Observations
UCLA Department of Earth, Planetary, and Space Sciences（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）；UCLA SPACE Institute（加州大学洛杉矶分校SPACE研究所）；University of Iowa, Department of Physics and Astronomy（爱荷华大学物理与天文学系）；Princeton University, Department of Astrophysical Sciences（普林斯顿大学天体物理学系）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）；Southwest Research Institute（西南研究院）
本研究借助朱诺号波探测数据，通过两阶段卷积神经网络分析，揭示了木星最内磁层中尘埃与等离子体孤波的空间分布，拓展了木星环的遥感认知。
2026-10-15 astro-ph.EP physics.space-ph
Study of the atmospheric effects of energetic particle precipitations on giant planets with HWO
本文探讨宜居世界天文台（HWO）搭载的 Pollux 和 LUMOS 紫外仪器如何通过高分辨率光谱、偏振及成像观测，揭示天王星和海王星等巨行星高能粒子沉降的起源及其对大气加热、动力学和化学平衡的影响。
2025-07-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Revealing the dynamics of magnetosphere, atmosphere, and interior of solar system objects with the Square Kilometre Array
我们太阳系中的行星、卫星和小行星等天体是$\lesssim$ 10 GHz低频射电天文学中最亮的天体。我们太阳系天体的低频射电辐射在频谱、偏振、周期性和通量方面表现出各种观测特征。观测到的特征是探索天体磁层、大气层、表面甚至内部的必要探针。无线电发射的产生和传播理论将特征与嵌入环境中的基本物理相关联：例如，极光电子加速、电子感应加速器加速和大气动量转移。在这里，我们回顾了我们的太阳系机构的低频无线电发射的研究，揭示了一些突出的关键问题的动力学和演化的机构。为了解决未来使用平方公里阵列（SKA）进行观测的关键问题，我们对无线电发射的探测和成像进行了可行性研究。摘要中还提出了将SKA观测太阳系扩展到系外行星的可能性。
2023-03-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Effect of magnetospheric conditions on the morphology of Jupiter's UV main auroral emission, as observed by Juno-UVS
本研究利用Juno-UVS观测数据，通过新弧形探测技术分析木星紫外主极光发射（ME）形态随磁层状态的变化，发现ME尺寸变化与电流片磁场和磁层压缩相关，且其亮度分布与场向电流理论预期不符。
2024-04-08 astro-ph.EP physics.space-ph
A Jupiter-like radio aurora in the L3.5 dwarf LSPM J0036+1821
Universitat de València（瓦伦西亚大学）；Centro de Astrobiología, CSIC-INTA（西班牙国家研究委员会-国家航空航天技术研究所天体生物学中心）；Lowell Observatory（洛厄尔天文台）；Trinity College Dublin, The University of Dublin（都柏林大学圣三一学院）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆）
通过多波段观测和极光建模，发现L3.5矮星LSPM J0036+1821的射电辐射呈现类木星极光特征，由电子回旋脉泽不稳定性驱动，并确定了其精确自转周期。
2026-10-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Low-Latitude Auroras: Insights from 23 April 2023 Solar Storm
本研究结合多航天器原位粒子数据与地磁观测，分析2023年4月印度Hanle观测到的低纬度红极光，明确极光未抵达印度，解释了其由极光卵高处发射及卵区向赤道微扩导致的成因，深化了对低纬度极光的认识。
2024-04-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Extreme, transient bursts of energy in the auroral ionosphere. I. Predictive radar tracking
University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Mount Royal University（皇家山大学）；University of Western Ontario（韦仕敦大学）；Leibniz Institute of Atmospheric Physics, Kühlungsborn（吕讷堡莱布尼茨大气物理研究所）；Korea Astronomy and Space Science Institute（韩国天文学与空间科学研究所）；Korea University of Science and Technology（韩国科学技术院）
本文提出一种基于ICE BEAR VHF雷达的Farley-Buneman波跟踪方法，通过匈牙利算法和卡尔曼滤波实现极光簇的关联与运动预测，并在2024年5月G5风暴中检测到约560 mV/m的极端电场爆发。
2026-09-14 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.plasm-ph
Uranus' aurorae past equinox
最近，哈勃太空望远镜（HST）在远紫外线中探测到了天王星的极光，这为从地球上远程研究不对称的天王星磁层提供了一种新的、迄今为止独一无二的手段。我们在这里分析两个新的HST天王星运动在9月执行。2012年和2014年11月，不同的时间范围和变化的太阳风条件下的数值预测的三个不同的MHD代码。总的来说，用太空望远镜成像光谱仪拍摄的HST图像显示了三对连续图像的极光发射（一对在2012年获得，两对在2014年获得），因此总共有六个额外的极光探测，包括HST所见过的最强烈的天王星极光。检测到的排放发生接近预期的行星际冲击的到来。它们在南半球的纬度上看起来像是延伸的斑点，随着地球旋转。它们从H $_2$发出5-24 kR和1.3-8.8 GW的紫外辐射，持续数十分钟，并在几秒的时间尺度上变化。用模型极光椭圆拟合2014年的观测结果，将南（北）磁极的经度限制在天王星经度系统中的104+\-26°（284-\-26°）。我们认为，天王星近分点极光是脉冲尖点发射可能引发的大规模磁层压缩。
2017-02-28 astro-ph.EP
Influence of upstream solar wind on thermospheric flows at Jupiter
木星的磁层和电离层的耦合在产生极光发射方面起着至关重要的作用。这些辐射的强度取决于木星高纬度热层和行星磁盘内旋转流的速度差异。利用一个方位对称的全球环流模式，模拟了上游太阳风条件对大气流动能量和方向的影响。为了模拟上游太阳风中动态压力变化的影响，我们计算了三个磁场剖面，分别代表压缩、平均和膨胀的“中间”磁层。然后，这些配置文件被用来解决磁层中的等离子体的角速度。这个角速度决定了在电离层和磁层之间流动的电流的强度。我们研究的影响，在目前的系统对全球的风和能量输入木星热层内的变化。我们发现，焦耳热和离子阻力消耗的功率从我们的压缩到扩展模型分别增加了约190%和约185%。我们研究了外部边界条件对我们模型的影响，发现通过减少磁盘外缘的径向电流，我们也限制了热层向该区域传输角动量的能力。
2011-08-26 astro-ph.EP
Unravelling sub-stellar magnetospheres
本研究提出利用相干无线电爆发反演超冷矮星视角与大尺度磁场结构的层析成像方法，并应用于J0623，揭示其极视、磁轴与自转轴显著错配及可能的长周期磁活动。
2024-10-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
Short-Timescale Spatial Variability of Ganymede's Optical Aurora
本文利用Keck I/HIRES高节奏观测木卫三极光，揭示其亮度半球差异，并据此约束日照下H$_2$O升华大气的快速坍缩。
2024-09-09 astro-ph.EP physics.space-ph
The Polar Stratosphere of Jupiter
本文综述木星极地平流层中极光沉降、离子—中性化学与电离层急流动力学如何共同塑造烃类和气溶胶的垂直及纬向分布。
2024-10-27 astro-ph.EP
Volcanic Satellites and Ion Escape in the Magnetospheres of Ultra-Cool and Brown Dwarf Stars
INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania（意大利国家天体物理研究所卡塔尼亚天文台）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Jet Propulsion Laboratory（喷气推进实验室）
研究超冷矮星和褐矮星磁层中等离子体的来源，通过间接方法估算磁层等离子体质量流并应用于LSR J1835+3259，发现电离层流出和火山卫星都是可行来源，且火山卫星情况与相关发现同步。
2026-10-15 astro-ph.EP
Radio prospects of extrasolar aurorae polaris as a probe of planetary magnetism
本文构建数值模型并采用Monte Carlo方法量化不确定性，更新了已确认系外行星的极光射电辐射特征预测，识别出16个潜在可探测候选目标，为探测系外行星磁性及评估宜居性提供了观测指导。
2025-06-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
Periodicities in radio emissions from the Jupiter's magnetosphere and consequences for radio emissions from star-exoplanet systems
LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS（巴黎天文台 LIRA 实验室，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎西岱大学，塞吉-蓬图瓦兹大学，法国国家科学研究中心）；Observatoire Radioastronomique de Nançay, Observatoire de Paris, CNRS, Univ. PSL, Univ. Orléans（南希射电天文观测台，巴黎天文台，法国国家科学研究中心，巴黎文理研究大学，奥尔良大学）；Aix Marseille Université, CNRS, CNES, LAM（艾克斯马赛大学，法国国家科学研究中心，法国国家空间研究中心，拉格朗日天体物理实验室）
本文通过Lomb-Scargle分析方法，研究木星磁层无线电发射的周期性，并探讨其对恒星-行星系统无线电发射检测的启示。
2026-02-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Alternating emission features in Io's footprint tail: Magnetohydrodynamical simulations of possible causes
木卫一相对于木星磁层中等离子体的运动产生了阿尔文波，阿尔文波沿着磁场线传播，部分沿着其路径反射。这些波是极光发射的根本原因，极光发射被细分为木卫一足迹（IFP），它的尾巴和领先点。Mura等人（2018年）对朱诺号航天器的新观测显示了足迹及其尾部令人困惑的子结构。在这些观测中，足迹尾的极向和赤道向部分之间的对称性被打破，尾斑交替移位。我们表明，这些亮点在尾巴的位置是一致的阿尔文波在木卫一环面和木星的电离层的边界反射。然后，我们研究了三种不同的机制来解释这一现象：（1）木卫一电离层中的霍尔效应，（2）木卫一面对木星和它的对立面之间的阿尔文波的旅行时间差和（3）木卫一大气层中的不对称性。为此，我们使用磁流体动力学模拟系统的理想几何形状。我们使用的坡印廷通量附近的木星电离层作为一个代理所产生的足迹和它的尾巴的形态。我们发现，霍尔效应是最重要的机制，正在考虑打破对称性造成的“Alternating Alfvén斑点街”。旅行时间差异有助于增强这种效果。我们没有发现任何证据表明木卫一的大气中的不均匀性有助于显着的位置或形状的尾巴斑点。
2022-05-31 astro-ph.EP physics.space-ph
Kinetic simulation of the electron-cyclotron maser instability: effect of a finite source size
电子回旋脉塞不稳定性在宇宙中广泛存在，例如，磁化行星和冷的亚恒星物体的无线电发射。诊断天体物理射电源的参数需要对辐射过程进行全面的非线性模拟。我们模拟了极低β等离子体中的电子回旋脉塞不稳定性。所使用的模型考虑了辐射从源区逃逸和粒子流通过该区域。我们开发了一个动力学代码来模拟无线电发射源中电子分布的时间演化。该模型包括描述粒子注入到发射源区域和从发射源区域逃逸的项。通过使用有限的放大时间，从源的发射的空间逃逸被考虑在内。考虑了马蹄型不稳定电子分布。一些模拟进行了不同的参数集典型的行星和超冷矮星的磁层。所产生的发射（对应于基本非寻常模式）具有接近电子回旋频率的频率，并且跨越磁场传播。在模拟开始后不久，电子分布达到准稳态。如果发射源区域相对较小，则所得电子分布与注入电子的分布相似;发射强度较低。在较大的源中，由于波-粒子相互作用，电子分布可能变得几乎平坦，而粒子能量通量到波的转换效率达到10- 20%。我们发现我们的模型与地球和土星极光无线电发射源区域的原位观测结果吻合得很好。得到了超冷矮星磁层中电子分布的预期特征。
2012-02-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulating Jupiter-satellite decametric emissions with ExPRES: a parametric study
木星磁层中回旋脉泽不稳定性（CMI）产生的高纬度射电辐射从几kHz延伸到40 MHz。十米波的辐射一部分来自极光，一部分来自木卫一、木卫二和木卫三。在总结了用于识别卫星无线电辐射的方法之后，该方法包括将空间和地面无线电观测与时频平面中CMI驱动的辐射的ExpRES模拟进行比较，我们提出了ExpRES代码所需的自由参数的参数研究（电子分布函数和共振能量，磁场模型，超前角，和电离层截止高度），以评估我们在木卫一-木星情况下模拟的准确性。我们发现，Io-DAM电弧是相当模拟的损失锥驱动CMI与电子的1-10 keV的能量，使用ISaAC，VIPAL或VIP 4磁场模型和一个简单的正弦超前角模型。电离层截止高度对模拟的影响很小。我们讨论了我们的研究结果对识别欧罗巴-DAM和木卫三-DAM排放的影响。
2018-04-27 astro-ph.EP
Suzaku observation of Jupiter's X-rays around solar maximum
本文报告了朱雀星对木星X射线辐射的成像和光谱研究结果。在2006年，朱雀发现了与木星内部辐射带相关的$1\unicode{x2013}5$ keV的弥散X射线发射。有人认为，这种辐射是由木星磁层中的超相对论电子（$ \sim 50 $ MeV）的逆康普顿散射引起的。为了确认这种发射的存在并了解其与太阳活动的关系，我们在2014年第24个太阳活动周期的最大值附近进行了一次额外的朱雀观测。结果，我们再次成功地发现了木星周围的$1\unicode{x2013}5$ keV的扩散发射和$0.4\unicode{x2013}1$ keV的点状发射。可能由太阳X射线散射、电荷交换或极光韧致辐射组成的点状发射的光度相对于2006年增加了$ \sim 5$倍，很可能是由于太阳活动的增加。在$1\unicode{x2013}5$ keV波段的漫发射光谱与过去的观测一样，与平坦幂律函数（$ Γ= 1.4 \pm 0.1 $）很好地拟合，这支持逆康普顿散射假设。然而，它的空间分布从$ \sim 12 \times 4 $木星半径（Rj）变为$ \sim 20 \times 7 $ Rj。漫发射的亮度增加了一个较小的因子$ \sim 3 $。这表明漫射发射并不仅仅是对太阳活动的响应，太阳活动对木星周围高能电子的分布几乎没有影响。对弥散硬X射线发射的空间和光谱分布进行进一步的敏感研究，对于了解高能粒子如何在…
2019-06-14 astro-ph.EP astro-ph.HE
Star-Planet Interaction at radio wavelengths in YZ Ceti: Inferring planetary magnetic field
本研究利用uGMRT对YZ Ceti开展9次射电观测，以4.37σ以上置信度证实其为首个射电波段恒星-行星相互作用的系外系统，并估算出恒星与行星磁场参数。
2023-05-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
