Les teintes violettes de cette image montrent les émissions de rayons X des aurores de Jupiter, détectées par le télescope spatial Chandra de la NASA en 2007. Elles sont superposées sur une image de Jupiter prise par le télescope spatial Hubble de la NASA. Jupiter est la seule planète géante gazeuse où les scientifiques ont détecté des aurores X. Crédit : (rayons X) NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone et al. ; (Optique) NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)
Une énigme sur les aurores boréales et australes intenses de la géante gazeuse a été déchiffrée.
Les astronomes planétaires ont combiné les mesures prises par le vaisseau spatial Juno de la NASA en orbite autour de Jupiter, avec les données de la mission XMM-Newton en orbite autour de la Terre de l'ESA (l'Agence spatiale européenne), pour résoudre un mystère vieux de 40 ans sur les origines des aurores X inhabituelles de Jupiter. Pour la première fois, ils ont vu tout le mécanisme à l'œuvre : les atomes chargés électriquement, ou ions, responsables des rayons X « surfent » les ondes électromagnétiques du champ magnétique de Jupiter dans l'atmosphère de la géante gazeuse.
Un article sur l'étude a été publié le 9 juillet 2021 dans la revue Science Advances.
Des aurores ont été détectées sur sept planètes de notre système solaire. Certains de ces jeux de lumière sont visibles à l'œil humain ; d'autres génèrent des longueurs d'onde de lumière que nous ne pouvons voir qu'avec des télescopes spécialisés. Les longueurs d'onde plus courtes nécessitent plus d'énergie pour être produites. Jupiter a les aurores les plus puissantes du système solaire et est la seule de t
Les astronomes planétaires sont fascinés par l'émission aurorale de rayons X de Jupiter depuis sa découverte il y a quatre décennies, car on ne savait pas immédiatement comment l'énergie nécessaire à sa production était générée. Ils savaient que ces surprenantes aurores boréales et australes joviennes sont déclenchées par des ions qui s'écrasent dans l'atmosphère de Jupiter. Mais jusqu'à présent, les scientifiques n'avaient aucune idée de la manière dont les ions responsables du spectacle de lumière aux rayons X sont capables d'atteindre l'atmosphère en premier lieu.
Sur Terre, les aurores ne sont généralement visibles que dans une ceinture entourant les pôles magnétiques, entre 65 et 80 degrés de latitude. Au-delà de 80 degrés, l'émission aurorale disparaît car les lignes de champ magnétique quittent la Terre et se connectent au champ magnétique du vent solaire, qui est le flux constant de particules chargées électriquement éjectées par le Soleil. Celles-ci sont appelées lignes de champ ouvert, et dans l'image traditionnelle, les régions polaires de haute latitude de Jupiter et de Saturne ne devraient pas non plus émettre d'aurores substantielles.
Cependant, les aurores X de Jupiter sont différentes. Ils existent vers le pôle de la ceinture aurorale principale et pulsent, et ceux du pôle nord diffèrent souvent de ceux du pôle sud. Ce sont des caractéristiques typiques d'un champ magnétique fermé, où la ligne de champ magnétique sort de la planète à un pôle et se reconnecte avec la planète à l'autre. Toutes les planètes avec des champs magnétiques ont à la fois des composants de champ ouverts et fermés.
Les scientifiques étudiant les phénomènes se sont tournés vers des simulations informatiques et ont découvert que les aurores pulsantes à rayons X pouvaient être liées à des champs magnétiques fermés qui sont générés à l'intérieur de Jupiter, puis s'étendent sur des millions de kilomètres dans l'espace avant de rebrousser chemin. Mais comment prouver que le modèle était viable ?
Les auteurs de l'étude se sont tournés vers les données acquises à la fois par Juno et XMM-Newton du 16 au 17 juillet 2017. Au cours de la période de deux jours, XMM-Newton a observé Jupiter en continu pendant 26 heures et a vu des aurores à rayons X palpiter toutes les 27 minutes.
Au même moment, Juno voyageait entre 62 et 68 rayons de Jupiter (environ 2.8 à 3 millions de miles, ou 4.4 à 4.8 millions de kilomètres) au-dessus de la zone pré-aube de la planète. C'était exactement la région que les simulations de l'équipe suggéraient comme importante pour déclencher les pulsations, ils ont donc recherché dans les données Juno tous les processus magnétiques qui se produisaient au même rythme.
Ils ont découvert que les fluctuations du champ magnétique de Jupiter provoquaient les aurores pulsées à rayons X. La limite extérieure du champ magnétique est frappée directement par les particules du vent solaire et comprimée. Ces compressions chauffent les ions qui sont piégés dans le vaste champ magnétique de Jupiter, à des millions de kilomètres de l'atmosphère de la planète.
Cela déclenche un phénomène appelé ondes électromagnétiques cyclotroniques ioniques (EMIC), dans lequel les particules sont dirigées le long des lignes de champ. Guidés par le champ, les ions chevauchent l'onde EMIC à travers des millions de kilomètres d'espace, finissant par percuter l'atmosphère de la planète et déclenchant les aurores X.
"Ce que nous voyons dans les données Juno, c'est cette belle chaîne d'événements. Nous voyons la compression se produire, nous voyons l'onde EMIC se déclencher, nous voyons les ions, puis nous voyons une impulsion d'ions se déplacer le long de la ligne de champ », a déclaré William Dunn du Mullard Space Science Laboratory, University College London, et un co -auteur de l'article. "Puis, quelques minutes plus tard, XMM voit une rafale de rayons X."
Maintenant que la pièce manquante du processus a été identifiée pour la première fois, cela ouvre une multitude de possibilités pour savoir où elle pourrait être étudiée ensuite. Par exemple, à Jupiter, le champ magnétique est rempli d'ions soufre et oxygène émis par les volcans de la lune Io. À Saturne, la lune Encelade projette de l'eau dans l'espace, remplissant le champ magnétique de Saturne d'ions du groupe de l'eau.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Les scientifiques résolvent le mystère de 40 ans sur l'aurore X spectaculairement puissante de Jupiter.
Référence : "Révéler la source des éruptions aurorales aux rayons X de Jupiter" par 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 et Scott J. Bolton, 9 juillet 2021, Science Advances.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
En savoir plus sur la mission
JPL, une division de Caltech à Pasadena, en Californie, gère la mission Juno pour le chercheur principal, Scott J. Bolton, du Southwest Research Institute de San Antonio. Juno fait partie du programme New Frontiers de la NASA, qui est géré au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pour la direction des missions scientifiques de l'agence à Washington. Lockheed Martin Space à Denver a construit et exploite le vaisseau spatial.
