Фиолетовые оттенки на этом изображении показывают рентгеновское излучение полярных сияний Юпитера, обнаруженных космическим телескопом Чандра НАСА в 2007 году. Они наложены на изображение Юпитера, полученное космическим телескопом Хаббла НАСА. Юпитер - единственная планета-газовый гигант, на которой ученые обнаружили рентгеновские сияния. Предоставлено: (рентгеновский снимок) NASA / CXC / SwRI / R.Gladstone et al .; (Оптический) НАСА / ЕКА / Наследие Хаббла (AURA / STScI)
Была разгадана загадка, связанная с яркими северным и южным сиянием газового гиганта.
Планетарные астрономы объединили измерения, сделанные космическим кораблем НАСА Juno, вращающимся вокруг Юпитера, с данными космической миссии XMM-Newton Европейского космического агентства, чтобы разгадать загадку 40-летней давности о происхождении необычных рентгеновских сияний Юпитера. Впервые они увидели весь механизм в действии: электрически заряженные атомы или ионы, ответственные за рентгеновские лучи, «переносят» электромагнитные волны в магнитном поле Юпитера вниз в атмосферу газового гиганта.
Статья об исследовании была опубликована 9 июля 2021 года в журнале. Наука развивается.
Полярные сияния были обнаружены на семи планетах нашей Солнечной системы. Некоторые из этих световых шоу видны человеческому глазу; другие генерируют световые волны с длиной волны, которую мы можем увидеть только в специальные телескопы. Для производства более коротких волн требуется больше энергии. Юпитер имеет самые мощные полярные сияния в Солнечной системе и является единственным из них.
Планетарные астрономы были очарованы авроральным излучением Юпитера с момента его открытия четыре десятилетия назад, потому что не сразу было ясно, как генерируется энергия, необходимая для его производства. Они знали, что это удивительное северное и южное сияние Юпитера вызывается ионами, врезающимися в атмосферу Юпитера. Но до сих пор ученые не знали, как ионы, ответственные за световое шоу в рентгеновских лучах, вообще могут попасть в атмосферу.
На Земле полярные сияния обычно видны только в поясе, окружающем магнитные полюса, между 65 и 80 градусами широты. При температуре выше 80 градусов авроральное излучение исчезает, потому что силовые линии магнитного поля покидают Землю и соединяются с магнитным полем солнечного ветра, которое представляет собой постоянный поток электрически заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем. Они называются открытыми силовыми линиями, и на традиционном изображении высокоширотные полярные области Юпитера и Сатурна также не будут излучать значительных полярных сияний.
Однако рентгеновские сияния Юпитера разные. Они существуют к полюсу от главного пояса полярных сияний и пульсируют, а те, что на северном полюсе, часто отличаются от таковых на южном полюсе. Это типичные особенности замкнутого магнитного поля, где линия магнитного поля выходит из планеты на одном полюсе и повторно соединяется с планетой на другом. Все планеты с магнитными полями имеют как открытые, так и закрытые компоненты поля.
Ученые, изучающие этот феномен, обратились к компьютерному моделированию и обнаружили, что пульсирующие рентгеновские сияния могут быть связаны с замкнутыми магнитными полями, которые генерируются внутри Юпитера и затем простираются на миллионы миль в космос, прежде чем повернуть вспять. Но как доказать жизнеспособность модели?
Авторы исследования обратились к данным, полученным как Juno, так и XMM-Newton с 16 по 17 июля 2017 года. В течение двухдневного периода XMM-Newton непрерывно наблюдал Юпитер в течение 26 часов и видел пульсацию рентгеновского сияния каждые 27 минут.
В то же время «Юнона» путешествовала между 62 и 68 радиусами Юпитера (примерно от 2.8 до 3 миллионов миль, или от 4.4 до 4.8 миллиона километров) над предрассветной областью планеты. Это была именно та область, которая, как показала команда, была важна для запуска пульсаций, поэтому они искали данные Juno на предмет любых магнитных процессов, которые происходили с той же скоростью.
Они обнаружили, что колебания магнитного поля Юпитера вызывают пульсирующие рентгеновские сияния. Внешняя граница магнитного поля ударяется непосредственно частицами солнечного ветра и сжимается. Эти сжатия нагревают ионы, захваченные обширным магнитным полем Юпитера, находящимся в миллионах миль от атмосферы планеты.
Это вызывает явление, называемое электромагнитными ионно-циклотронными (ЭМИЦ) волнами, в которых частицы направляются вдоль силовых линий. Управляемые полем, ионы перемещаются на электромагнитной волне через миллионы миль космоса, в конечном итоге врезаясь в атмосферу планеты и вызывая рентгеновские полярные сияния.
«То, что мы видим в данных Juno, - это красивая цепочка событий. Мы видим, как происходит сжатие, мы видим, как срабатывает EMIC-волна, мы видим ионы, а затем мы видим импульс ионов, движущихся вдоль силовой линии », - сказал Уильям Данн из Лаборатории космических исследований Малларда, Университетский колледж Лондона, и его коллеги. -автор статьи. «Затем, через несколько минут, XMM видит вспышку рентгеновских лучей».
Теперь, когда недостающая часть процесса была впервые идентифицирована, открывается множество возможностей для дальнейшего изучения. Например, на Юпитере магнитное поле заполнено ионами серы и кислорода, испускаемыми вулканами на луне Ио. На Сатурне спутник Энцелад выбрасывает воду в космос, заполняя магнитное поле Сатурна ионами группы воды.
Чтобы узнать больше об этом открытии, см. «Ученые разгадывают 40-летнюю загадку невероятно мощного рентгеновского полярного сияния Юпитера».
Ссылка: «Выявление источника рентгеновских авроральных вспышек Юпитера» Чжунхуа Яо, Уильяма Р. Данна, Эммы Э. Вудфилд, Джорджа Кларка, Барри Х. Маука, Роберта В. Эберта, Дениса Гродента, Бертрана Бонфонда, Дунсяо Пан, И. Джонатан Рэй, Бинбин Ни, Руйлонг Го, Грациелла Брандуарди-Раймонт, Аффелия Д. Вибисоно, Педро Родригес, Ставрос Котсиарос, Ян-Уве Несс, Фредерик Аллегрини, Уильям С. Курт, Дж. Рэндалл Гладстон, Ральф Крафт, Али Х. . Сулейман, Гарри Маннерс, Равиндра Т. Десаи и Скотт Дж. Болтон, 9 июля 2021 г., Наука развивается.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
Подробнее о миссии
JPL, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния, руководит миссией Juno для главного исследователя Скотта Дж. Болтона из Юго-западного исследовательского института в Сан-Антонио. Juno является частью программы NASA New Frontiers Program, которая осуществляется в Центре космических полетов НАСА им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, для Управления научных миссий агентства в Вашингтоне. Компания Lockheed Martin Space в Денвере построила и эксплуатирует космический корабль.
