Вчені нарешті розкрили таємницю полярних сяйв на Юпітері через 40 років

Полярне сяйво на Юпітері
Фото: ISS

Дослідники з'ясували, що виявлений ними процес може відбуватися і на інших планетах.

Юпітер має найпотужніші полярні сяйва в Сонячній системі, які постійно кружляють над обома його полюсами. Оскільки вони сяють лише на невидимих довжинах хвиль, ми не можемо побачити їх неозброєним оком, тому вони були відкриті лише 40 років тому. З тих пір вчені задавалися питанням, як ці полярні сяйва викликають періодичні сплески рентгенівського випромінювання, повідомляє Sciencealert

Використовуючи дані з космічного апарату Юнона і космічної рентгенівської обсерваторії XMM-Newton, група вчених під керівництвом планетолога Чжунхуа Яо з Китайської академії наук зв'язала рентгенівські сплески з коливаннями в силових лініях магнітного поля газового гіганта.

Ці коливання створюють хвилі в плазмі, що поширюються уздовж силових ліній магнітного поля, періодично примушуючи важкі іони потрапляти в атмосферу Юпітера і стикатися з нею, вивільняючи енергію у вигляді рентгенівських променів.

"Ми бачили, як Юпітер створює рентгенівське сяйво протягом чотирьох десятиліть, але ми не знали, як це відбувається. Ми знали тільки, що вони утворилися, коли іони потрапляють в атмосферу планети", — говорить астрофізик Вільям Данн з Університетського коледжу Лондона у Великобританії .

"Тепер ми знаємо, що ці іони переносяться хвилями плазми — це пояснення не пропонували раніше, незважаючи на те, що аналогічний процес викликає полярне сяйво на Землі. Отже, це може бути універсальним явищем, яке присутнє і в інших частинах космосу".

На Землі, полярні сяйва створюються частками прилітають від Сонця. Вони стикаються з магнітним полем Землі, яке відправляє заряджені частинки, такі як протони і електрони, уздовж силових ліній магнітного поля до полюсів, де вони потрапляють у верхні шари атмосфери Землі і стикаються з молекулами атмосфери. В результаті іонізація цих молекул створює дивовижне сяюче явище.

Але на Юпітері все станься трохи інакше. Полярні сяйва там є постійним і довгостроковим явищем. Це відбувається тому, що частинки прилітають немає від Сонця, а від супутника Юпітера Іо, найбільш вулканічного світу в Сонячній системі. Іо постійно викидає двоокис сірки, яка негайно видаляється через складний гравітаційної взаємодії з планетою, іонізується і утворює плазмову оболонку навколо Юпітера.

Щоб з'ясувати, як генеруються рентгенівські імпульси, дослідницька група вивчила планету, використовуючи одночасні спостереження космічного апарату Юнона і обсерваторії XMM-Newton протягом 26 годин. В цей час Юпітер випускав рентгенівські промені приблизно кожні 27 хвилин.

Грунтуючись на цих спостереженнях, вчені за допомогою комп'ютерного моделювання визначили, як плазма і рентгенівське випромінювання можуть бути пов'язані.

Вчені прийшли до висновку, що стиснення магнітного поля Юпітера створює хвилі іонів кисню і сірки, які спиралевидно рухаються уздовж силових ліній магнітного поля до полюсів Юпітера, де вони стикаються з атмосферою і генерують спалаху рентгенівського випромінювання.

Ці хвилі називаються електромагнітними іонними циклотрон хвилями, і вони також пов'язані з мерехтливими полярними сяйвами тут, на Землі.

На даний момент неясно, що викликає стиснення магнітного поля Юпітера. Це може бути вплив сонячного вітру, циркуляції важких речовин в магнітосфері Юпітера або поверхневих хвиль на магнітопауза, зовнішньому кордоні між магнітосферою і навколишнього плазмою.

Той факт, що один і той же механізм був пов'язаний з появою полярних сяйв в двох різних світах, припускає, що це може бути досить поширеним явищем в Сонячній системі, а також в іншій частині галактиці, кажуть вчені.

"Тепер ми визначили цей фундаментальний процес і є багато можливостей для його подальшого вивчення", — говорить Яо.

"Подібні процеси, ймовірно, відбуваються навколо Сатурна, Урана, Нептуна і, можливо, екзопланет, з різними типами заряджених частинок, що борознять хвилі".

Результати дослідження показують, що електромагнітні іонні циклотронні хвилі можуть відігравати важливу, перш непомічену роль в іонної функціональності атмосфери Юпітера і можуть допомогти краще зрозуміти плазмові процеси в галактиці, кажуть вчені.