Фіолетові відтінки на цьому зображенні показують рентгенівські випромінювання від полярних сяйв Юпітера, виявлені космічним телескопом НАСА Чандра в 2007 році. Вони накладені на зображення Юпітера, зроблене космічним телескопом НАСА Хаббл. Юпітер є єдиною газовою планетою-гігантом, де вчені виявили рентгенівські полярні сяйва. Авторство: (рентген) NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone та ін.; (Оптичний) NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)
Розшифровано загадку про інтенсивне північне та південне сяйво газового гіганта.
Планетарні астрономи об’єднали вимірювання, зроблені космічним кораблем NASA Juno, що обертається навколо Юпітера, з даними місії ESA (Європейського космічного агентства) на орбіті Землі XMM-Newton, щоб розгадати 40-річну таємницю про походження незвичайних рентгенівських полярних сяйв Юпітера. Вони вперше побачили, як працює весь механізм: електрично заряджені атоми або іони, відповідальні за рентгенівське випромінювання, «серфінгують» електромагнітними хвилями в магнітному полі Юпітера в атмосферу газового гіганта.
Стаття про дослідження була опублікована 9 липня 2021 року в журналі Наука розвивається.
Полярні сяйва були виявлені на семи планетах нашої Сонячної системи. Деякі з цих світлових шоу видимі людському оку; інші генерують довжини хвилі світла, які ми можемо побачити лише за допомогою спеціалізованих телескопів. Для виробництва коротких хвиль потрібно більше енергії. Юпітер має найпотужніші полярні сяйва в Сонячній системі і є єдиним з т
Планетарні астрономи були зачаровані рентгенівським полярним випромінюванням Юпітера з моменту його відкриття чотири десятиліття тому, оскільки не було відразу зрозуміло, як генерується енергія, необхідна для його виробництва. Вони знали, що ці дивовижні північне та південне сяйво Юпітера викликаються іонами, які врізаються в атмосферу Юпітера. Але досі вчені не мали уявлення про те, як іони, відповідальні за рентгенівське світлове шоу, взагалі можуть потрапити в атмосферу.
На Землі полярні сяйва зазвичай видно лише в поясі, що оточує магнітні полюси, між 65 і 80 градусами широти. Понад 80 градусів полярне випромінювання зникає, оскільки лінії магнітного поля залишають Землю і з’єднуються з магнітним полем сонячного вітру, яке є постійним потоком електрично заряджених частинок, що викидаються Сонцем. Вони називаються лініями відкритого поля, і на традиційній картині високоширотні полярні області Юпітера і Сатурна також не будуть випромінювати значні полярні сяйва.
Однак рентгенівські полярні сяйва Юпітера відрізняються. Вони існують до полюса головного поясу авроральних сяйв і пульсують, а ті, що знаходяться на північному полюсі, часто відрізняються від тих, що знаходяться на південному полюсі. Це типові ознаки замкнутого магнітного поля, коли лінія магнітного поля виходить з планети на одному полюсі і знову з’єднується з планетою на іншому. Усі планети з магнітними полями мають як відкриті, так і закриті компоненти поля.
Вчені, які вивчають явища, звернулися до комп’ютерного моделювання і виявили, що пульсуючі рентгенівські полярні сяйва можуть бути пов’язані із закритими магнітними полями, які генеруються всередині Юпітера, а потім простягаються на мільйони миль у космос, перш ніж повернутися назад. Але як довести, що модель життєздатна?
Автори дослідження звернулися до даних, отриманих як Juno, так і XMM-Newton з 16 по 17 липня 2017 року. Протягом дводенного періоду XMM-Newton безперервно спостерігав за Юпітером протягом 26 годин і бачив пульсацію рентгенівського сяйва кожні 27 хвилин.
У той же час Юнона подорожувала між 62 і 68 радіусами Юпітера (приблизно від 2.8 до 3 мільйонів миль, або від 4.4 до 4.8 мільйонів кілометрів) над передсвітанковою зоною планети. Це саме та область, яку команда моделювання припустила, була важливою для запуску пульсацій, тому вони шукали дані Juno на предмет будь-яких магнітних процесів, які відбувалися з однаковою швидкістю.
Вони виявили, що коливання магнітного поля Юпітера викликають пульсуючі рентгенівські полярні сяйва. Зовнішня межа магнітного поля безпосередньо вражається частинками сонячного вітру і стискається. Ці стиснення нагрівають іони, які потрапили в обширне магнітне поле Юпітера, яке знаходиться за мільйони миль від атмосфери планети.
Це викликає явище, яке називається електромагнітними іонними циклотронними хвилями (EMIC), в яких частинки спрямовуються вздовж силових ліній. Керуючись полем, іони переміщують хвилю EMIC через мільйони миль космосу, врешті-решт врізаючись в атмосферу планети і викликаючи рентгенівське сяйво.
«Те, що ми бачимо в даних Juno, — це чудовий ланцюг подій. Ми бачимо, як відбувається стиснення, ми бачимо, як спрацьовує хвиля EMIC, ми бачимо іони, а потім ми бачимо імпульс іонів, що рухається вздовж лінії поля», — сказав Вільям Данн з Лабораторії космічних наук Малларда, Університетський коледж Лондона, та співпраця. – автор статті. «Тоді, через кілька хвилин, XMM бачить сплеск рентгенівських променів».
Тепер, коли вперше виявлено відсутню частину процесу, це відкриває безліч можливостей для подальшого вивчення. Наприклад, на Юпітері магнітне поле заповнене іонами сірки та кисню, які викидаються вулканами на супутнику Іо. На Сатурні супутник Енцелад викидає воду в космос, заповнюючи магнітне поле Сатурна іонами групи води.
Щоб дізнатися більше про це відкриття, дивіться, як вчені розгадали 40-річну таємницю над надзвичайно потужним рентгенівським сяйвом Юпітера.
Довідка: «Виявлення джерела рентгенівських полярних спалахів Юпітера» Чжунхуа Яо, Вільяма Р. Данна, Емми Е. Вудфілд, Джорджа Кларка, Баррі Х. Маука, Роберта В. Еберта, Деніса Гродента, Бертрана Бонфонда, Дунсяо Пан, І. Джонатан Рей, Бінбін Ні, Руйлонг Го, Гразіелла Брандуарді-Раймонт, Аффелія Д. Вібісоно, Педро Родрігес, Ставрос Коціарос, Ян-Уве Несс, Фредерік Аллегріні, Вільям С. Курт, Г. Рендалл Гладстон, Ральф Крафт, Алі Х. . Сулейман, Гаррі Меннерс, Равіндра Т. Десаї та Скотт Дж. Болтон, 9 липня 2021 р., Наука розвивається.
DOI: 10.1126/sciadv.abf0851
Детальніше про місію
JPL, підрозділ Caltech в Пасадені, Каліфорнія, керує місією Juno для головного дослідника Скотта Дж. Болтона з Південно-Західного дослідницького інституту в Сан-Антоніо. Juno є частиною програми NASA New Frontiers, яка керується в Центрі космічних польотів Маршалла NASA в Хантсвіллі, штат Алабама, для Директорату наукової місії агентства у Вашингтоні. Компанія Lockheed Martin Space в Денвері побудувала космічний корабель і керує ним.
