Ученые обнаружили источник рентгеновских вспышек на Юпитере

Планетарные астрономы объединили измерения, сделанные космическим кораблем НАСА Juno (Юнона), 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.

рентгеновское излучение полярных сияний Юпитера
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.
Источники: (Рентген) NASA / CXC / SwRI / R.Gladstone et al .; (Оптический) НАСА / ЕКА / Наследие Хаббла (AURA / STScI)

Статья об исследовании опубликована в журнале Science Advances.

Самые мощные полярные сияния

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 единственной из четырех планет-гигантов с полярным сиянием, которая, как было обнаружено, испускает рентгеновские лучи.

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 понятия не имели, 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. Выше 80 градусов полярное сияние 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 значительные полярные сияния.

Однако рентгеновские сияния Юпитера разные. Они существуют к полюсу от главного пояса полярных сияний и пульсируют, а те, что находятся на северном полюсе, часто отличаются от таковых на южном полюсе. Это типичные особенности замкнутого магнитного поля, когда 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.

Компьютерное моделирование

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 километров в космос, прежде чем повернуть обратно. 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 наблюдал Юпитер непрерывно в течение 26 часов и видел пульсирующие рентгеновские сияния каждые 27 минут.

Юнона над предрассветной областью Юпитера

В то же время «Юнона» путешествовала между 62 и 68 радиусами Юпитера (примерно 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 флуктуации 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 километров от атмосферы планеты.

Это вызывает явление, называемое электромагнитными ионно-циклотронными (ЭМИЦ, EMIC) волнами, в которых частицы направляются вдоль силовых линий. Управляемые полем, ионы перемещаются на электромагнитной волне через миллионы километров космоса, в конечном итоге врезаясь в атмосферу планеты и вызывая рентгеновские полярные сияния.

«То, что мы видим в данных Juno, – это прекрасная 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. – Затем, через несколько минут, XMM видит вспышку рентгеновских лучей».

Перспективы

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 спутнике Ио. На Сатурне спутник Энцелад выбрасывает воду в космос, заполняя магнитное поле Сатурна ионами группы воды.

Юнона также обнаружила, что сильные ветры Юпитера влияют на его магнитное поле

Читайте обзоры:

-->