Le tonalità viola in questa immagine mostrano le emissioni di raggi X dalle aurore di Giove, rilevate dal Chandra Space Telescope della NASA nel 2007. Sono sovrapposte a un'immagine di Giove scattata dall'Hubble Space Telescope della NASA. Giove è l'unico pianeta gigante gassoso in cui gli scienziati hanno rilevato aurore a raggi X. Credito: (raggi X) NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone et al.; (Ottico) NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)
È stato decifrato un enigma sull'intensa aurora boreale e meridionale del gigante gassoso.
Gli astronomi planetari hanno combinato le misurazioni effettuate dalla sonda spaziale Juno della NASA in orbita attorno a Giove, con i dati della missione XMM-Newton dell'ESA (Agenzia spaziale europea) in orbita attorno alla Terra, per risolvere un mistero di 40 anni sulle origini delle insolite aurore a raggi X di Giove. Per la prima volta, hanno visto l'intero meccanismo all'opera: gli atomi, o ioni, caricati elettricamente, responsabili dei raggi X stanno "navigando" le onde elettromagnetiche nel campo magnetico di Giove nell'atmosfera del gigante gassoso.
Un articolo sullo studio è stato pubblicato il 9 luglio 2021 sulla rivista Anticipi Scienza.
Le aurore sono state rilevate su sette pianeti del nostro sistema solare. Alcuni di questi giochi di luce sono visibili all'occhio umano; altri generano lunghezze d'onda della luce che possiamo vedere solo con telescopi specializzati. Le lunghezze d'onda più corte richiedono più energia per essere prodotte. Giove ha le aurore più potenti del sistema solare ed è l'unico di t
Gli astronomi planetari sono stati affascinati dall'emissione aurorale di raggi X di Giove sin dalla sua scoperta quattro decenni fa perché non era immediatamente chiaro come si generasse l'energia necessaria per produrla. Sapevano che queste sorprendenti luci settentrionali e meridionali gioviane sono attivate dagli ioni che si schiantano nell'atmosfera di Giove. Ma fino ad ora gli scienziati non avevano idea di come gli ioni responsabili dello spettacolo di raggi X siano in grado di raggiungere l'atmosfera in primo luogo.
Sulla Terra, le aurore sono generalmente visibili solo in una fascia che circonda i poli magnetici, tra i 65 e gli 80 gradi di latitudine. Oltre gli 80 gradi, l'emissione aurorale scompare perché le linee del campo magnetico lasciano la Terra e si collegano al campo magnetico nel vento solare, che è il flusso costante di particelle cariche elettricamente espulse dal Sole. Queste sono chiamate linee di campo aperto e, nell'immagine tradizionale, non ci si aspetta che le regioni polari ad alta latitudine di Giove e Saturno emettano aurore sostanziali.
Tuttavia, le aurore a raggi X di Giove sono diverse. Esistono verso il polo della fascia aurorale principale e pulsano, e quelli al polo nord spesso differiscono da quelli al polo sud. Queste sono caratteristiche tipiche di un campo magnetico chiuso, in cui la linea del campo magnetico esce dal pianeta da un polo e si riconnette con il pianeta dall'altro. Tutti i pianeti con campi magnetici hanno componenti di campo sia aperto che chiuso.
Gli scienziati che studiano i fenomeni si sono rivolti a simulazioni al computer e hanno scoperto che le aurore pulsanti a raggi X potrebbero essere collegate a campi magnetici chiusi che vengono generati all'interno di Giove e quindi si estendono per milioni di miglia nello spazio prima di tornare indietro. Ma come dimostrare che il modello era praticabile?
Gli autori dello studio si sono rivolti ai dati acquisiti sia da Juno che da XMM-Newton dal 16 al 17 luglio 2017. Durante l'arco di due giorni, XMM-Newton ha osservato Giove ininterrottamente per 26 ore e ha visto un'aurora a raggi X pulsare ogni 27 minuti.
Allo stesso tempo, Giunone aveva viaggiato tra i 62 ei 68 raggi di Giove (da circa 2.8 a 3 milioni di miglia, o da 4.4 a 4.8 milioni di chilometri) al di sopra dell'area prima dell'alba del pianeta. Questa era esattamente la regione che le simulazioni del team suggerivano fosse importante per innescare le pulsazioni, quindi hanno cercato nei dati di Giunone eventuali processi magnetici che si stavano verificando alla stessa velocità.
Hanno scoperto che le fluttuazioni del campo magnetico di Giove hanno causato le aurore pulsanti dei raggi X. Il confine esterno del campo magnetico viene colpito direttamente dalle particelle del vento solare e compresso. Queste compressioni riscaldano gli ioni che sono intrappolati nell'ampio campo magnetico di Giove, a milioni di miglia di distanza dall'atmosfera del pianeta.
Ciò innesca un fenomeno chiamato onde elettromagnetiche di ciclotrone ionico (EMIC), in cui le particelle sono dirette lungo le linee di campo. Guidati dal campo, gli ioni cavalcano l'onda EMIC attraverso milioni di miglia di spazio, sbattendo infine nell'atmosfera del pianeta e innescando le aurore a raggi X.
“Quello che vediamo nei dati di Juno è questa bellissima catena di eventi. Vediamo la compressione accadere, vediamo l'onda EMIC innescata, vediamo gli ioni e poi vediamo un impulso di ioni che viaggia lungo la linea di campo", ha detto William Dunn del Mullard Space Science Laboratory, University College London, e un co -autore dell'articolo. "Poi, pochi minuti dopo, XMM vede un'esplosione di raggi X".
Ora che il pezzo mancante del processo è stato identificato per la prima volta, si aprono molte possibilità su dove potrebbe essere studiato in seguito. Ad esempio, su Giove, il campo magnetico è pieno di ioni di zolfo e ossigeno emessi dai vulcani sulla luna Io. A Saturno, la luna Encelado emette acqua nello spazio, riempiendo il campo magnetico di Saturno con ioni del gruppo dell'acqua.
Per ulteriori informazioni su questa scoperta, vedere gli scienziati risolvono il mistero di 40 anni sull'aurora a raggi X straordinariamente potente di Giove.
Riferimento: "Rivelare la fonte dei bagliori aurorali dei raggi X di Giove" di 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 e Scott J. Bolton, 9 luglio 2021, Anticipi Scienza.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
Maggiori informazioni sulla missione
JPL, una divisione di Caltech a Pasadena, California, gestisce la missione Juno per il ricercatore principale, Scott J. Bolton, del Southwest Research Institute di San Antonio. Juno fa parte del programma New Frontiers della NASA, gestito presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama, per la direzione della missione scientifica dell'agenzia a Washington. Lockheed Martin Space a Denver ha costruito e gestisce il veicolo spaziale.
