Fialové odstíny na tomto obrázku ukazují rentgenové emise z Jupiterových polárních září, které v roce 2007 detekoval kosmický dalekohled NASA Chandra Space Telescope. Jsou překryty na snímku Jupiteru pořízeném Hubbleovým vesmírným teleskopem NASA. Jupiter je jediná plynná obří planeta, kde vědci detekovali rentgenové polární záře. Poděkování: (X-ray) NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone et al.; (Optické) NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)
Hádanka o intenzivním severním a jižním světle plynového obra byla rozluštěna.
Planetární astronomové spojili měření, která provedla sonda NASA Juno obíhající kolem Jupiteru, s daty z mise ESA (Evropské vesmírné agentury) na oběžné dráze Země XMM-Newton, aby vyřešili 40 let starou záhadu o původu neobvyklých rentgenových polárních září Jupitera. Poprvé viděli celý mechanismus při práci: Elektricky nabité atomy neboli ionty zodpovědné za rentgenové záření „surfují“ elektromagnetickými vlnami v magnetickém poli Jupiteru dolů do atmosféry plynného obra.
Článek o studii byl publikován 9. července 2021 v časopise Věda Zálohy.
Polární záře byly detekovány na sedmi planetách naší sluneční soustavy. Některé z těchto světelných show jsou viditelné pro lidské oko; jiné vytvářejí vlnové délky světla, které můžeme vidět pouze pomocí specializovaných dalekohledů. Kratší vlnové délky vyžadují k výrobě více energie. Jupiter má nejmocnější polární záře ve sluneční soustavě a je jediný z t
Planetární astronomové byli fascinováni rentgenovým polárním zářením Jupitera od jeho objevu před čtyřmi desetiletími, protože nebylo hned jasné, jak se generuje energie potřebná k jeho výrobě. Věděli, že tato překvapivá Jovianská severní a jižní světla jsou spouštěna ionty narážejícími do atmosféry Jupiteru. Až dosud však vědci netušili, jak se ionty zodpovědné za rentgenovou světelnou show dokážou dostat do atmosféry.
Na Zemi jsou polární záře obvykle viditelné pouze v pásu obklopujícím magnetické póly, mezi 65 a 80 stupni zeměpisné šířky. Za 80 stupni polární emise mizí, protože siločáry magnetického pole opouštějí Zemi a spojují se s magnetickým polem ve slunečním větru, což je konstantní tok elektricky nabitých částic vyvrhovaných Sluncem. Tyto čáry se nazývají otevřené siločáry a na tradičním obrázku se neočekává, že by polární oblasti Jupiteru a Saturnu ve vysokých zeměpisných šířkách vydávaly významné polární záře.
Jupiterovy rentgenové polární záře jsou však jiné. Existují směrem k pólu hlavního polárního pásu a pulsují a ty na severním pólu se často liší od těch na jižním pólu. To jsou typické rysy uzavřeného magnetického pole, kdy siločára magnetického pole opouští planetu na jednom pólu a znovu se spojuje s planetou na druhém. Všechny planety s magnetickými poli mají složky otevřeného i uzavřeného pole.
Vědci studující tyto jevy se obrátili na počítačové simulace a zjistili, že pulsující rentgenové polární záře by mohly být spojeny s uzavřenými magnetickými poli, která jsou generována uvnitř Jupiteru a poté se rozprostírají miliony mil do vesmíru, než se vrátí zpět. Ale jak dokázat, že model byl životaschopný?
Autoři studie se obrátili na data získaná jak Juno, tak XMM-Newton od 16. do 17. července 2017. Během dvoudenního období XMM-Newton pozoroval Jupiter nepřetržitě po dobu 26 hodin a viděl rentgenovou polární záři pulsující každých 27 minut.
Ve stejnou dobu se Juno pohybovala mezi 62 a 68 poloměry Jupiteru (asi 2.8 až 3 miliony mil neboli 4.4 až 4.8 milionů kilometrů) nad oblastí před úsvitem planety. To byla přesně oblast, o které simulace týmu naznačovaly, že je důležitá pro spouštění pulsací, takže v datech Juno hledali jakékoli magnetické procesy, které probíhají stejnou rychlostí.
Zjistili, že kolísání magnetického pole Jupitera způsobilo pulsující rentgenové polární záře. Vnější hranice magnetického pole je zasažena přímo částicemi slunečního větru a stlačena. Tyto komprese zahřívají ionty, které jsou zachyceny v rozsáhlém magnetickém poli Jupiteru, které jsou miliony mil daleko od atmosféry planety.
To spouští jev nazývaný elektromagnetické iontové cyklotronové (EMIC) vlny, ve kterých jsou částice směrovány podél siločar. Vedené polem, ionty jedou na vlně EMIC přes miliony mil vesmíru, nakonec narazí do atmosféry planety a spustí rentgenové polární záře.
„To, co vidíme v datech Juno, je tento krásný řetězec událostí. Vidíme, jak dochází ke kompresi, vidíme spuštěnou vlnu EMIC, vidíme ionty a pak vidíme pulz iontů putující podél siločáry,“ řekl William Dunn z Mullard Space Science Laboratory, University College London a spol. - autor příspěvku. "Pak, o několik minut později, XMM vidí záblesk rentgenového záření."
Nyní, když byla chybějící část procesu poprvé identifikována, otevírá spoustu možností, kde by mohla být dále studována. Například na Jupiteru je magnetické pole vyplněno ionty síry a kyslíku, které jsou emitovány sopkami na měsíci Io. Na Saturnu měsíc Enceladus tryská vodu do vesmíru a plní magnetické pole Saturnu ionty vodních skupin.
Více o tomto objevu najdete v článku Vědci řeší 40letou záhadu nad Jupiterovou úžasně výkonnou rentgenovou polární záři.
Odkaz: „Odhalení zdroje Jupiterových rentgenových polárních záblesků“ od Zhonghua Yao, William R. Dunn, Emma E. Woodfield, George Clark, Barry H. Mauk, Robert W. Ebert, Denis Grodent, Bertrand Bonfond, Dongxiao Pan, I. Jonathan Rae, Binbin Ni, Ruilong Guo, Graziella Branduardi-Raymont, Affelia D. Wibisono, Pedro Rodriguez, Stavros Kotsiaros, Jan-Uwe Ness, Frederic Allegrini, William S. Kurth, G. Randall Gladstone, Ralph Kraft, Ali H Sulaiman, Harry Manners, Ravindra T. Desai a Scott J. Bolton, 9. července 2021, Věda Zálohy.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
Více o misi
JPL, divize Caltechu v Pasadeně v Kalifornii, řídí misi Juno pro hlavního výzkumníka Scotta J. Boltona z Southwest Research Institute v San Antoniu. Juno je součástí programu NASA New Frontiers Program, který je řízen v Marshall Space Flight Center NASA v Huntsville, Alabama, pro ředitelství vědeckých misí agentury ve Washingtonu. Společnost Lockheed Martin Space v Denveru postavila a provozuje kosmickou loď.
