Загадочные полярные сияния на Юпитере вызваны вибрирующими волнами плазмы.
Ключевые выводы
- В течение 50 лет астрономы знали, что на Юпитере часто наблюдаются полярные сияния, но не знали почему.
- Всплески представляют собой комбинацию видимого и невидимого света.
- Присутствие вокруг Юпитера космического корабля НАСА «Юнона» позволило ученым разгадать тайну.
Здесь, на Земле, северное сияние - это чудесное природное явление, которое очень немногим из нас когда-либо удавалось увидеть. Их появление остается настолько непредсказуемым, что даже люди, живущие в северных широтах Соединенных Штатов, могут мельком увидеть их.
Представьте, однако, что вы можете видеть его каждые несколько минут. Именно это происходит на северном и южном полюсах Юпитера каждые 27 минут. Не только это, но и каждое полярное сияние выбрасывает достаточно энергии рентгеновского излучения, чтобы питать всю нашу цивилизацию. Новое исследование Университетского колледжа Лондона и Китайской академии наук, опубликованное в журнале Science Advances, раскрывает тайну того, как и почему это происходит.
Серфинг по волнам плазмы
«Мы наблюдали за Юпитером рентгеновское полярное сияние в течение четырех десятилетий, - говорит соавтор исследования Уильям Данн, - но мы не знали, как это произошло. Мы знали только, что они образовались, когда ионы врезались в атмосферу планеты».
Чтобы разгадать тайну происходящего, исследователи сопоставили наблюдения, сделанные в течение 26 часов космическим кораблем NASA Juno (который вращается вокруг Юпитера), с рентгеновскими измерениями, сделанными XMM- Обсерватория Ньютона (которая вращается вокруг Земли). Выровняв два набора наблюдений по времени, компьютерное моделирование выявило механику полярных сияний.
Юпитер имеет массивное магнитное поле - примерно в 20 000 раз сильнее, чем у Земли, - простирающееся вокруг планеты. Плазма, или ионизированный газ, атомы которого лишились электронов при столкновении друг с другом, мчится по этим направлениям. Периодические колебания силовых линий магнитного поля, причина которых до сих пор неизвестна, но считается, что они связаны с взаимодействием с солнечным ветром или магнитосферой, вызывают волны в плазме.
Спутник Юпитера Ио испускает ионные частицы из гигантских вулканов, которые подхватываются и увлекаются плазменными волнами, в конечном итоге врезаясь в атмосферу Юпитера. Это приводит к массовому выбросу видимого и невидимого света, включая рентгеновские лучи.
Данн говорит: «Теперь мы знаем, что эти ионы переносятся плазменными волнами - объяснение, которое ранее не предлагалось, хотя аналогичный процесс создает собственное полярное сияние на Земле. Следовательно, это может быть универсальным явлением, присутствующим во многих различных средах в космосе».
«Теперь, когда мы выявили этот фундаментальный процесс, появилось множество возможностей для его дальнейшего изучения», - говорит соавтор исследования Чжунхуа Яо. «Подобные процессы, вероятно, происходят вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, возможно, экзопланет, с различными типами заряженных частиц, «скользящих» по волнам».
Лаборатория черных дыр
Соавтор Грациэлла Брандуарди-Раймонт говорит: «Рентгеновские лучи обычно производятся чрезвычайно мощными и сильными явлениями, такими как черные дыры и нейтронные звезды, поэтому кажется странным, что их производят и простые планеты».
Юпитер, таким образом, представляет собой многообещающую возможность для исследований.
«Мы никогда не сможем посетить черные дыры, - говорит Брандуарди-Раймонт, - поскольку они не могут летать в космос, но Юпитер находится у нас на пороге. С прибытием спутника «Юнона» на орбиту Юпитера у астрономов теперь есть фантастическая возможность изучить среду, излучающую рентгеновские лучи, с близкого расстояния.”