Онлайн
Если бы в Солнечной системе проводились соревнования полярных сияний, то победителем оказалась бы не Земля, а Юпитер. Этого гиганта венчают самые мощные полярные сияния в Солнечной системе. Они постоянно вращаются над обоими полюсами планеты завораживающими завихрениями света.
При этом полярные сияния на Юпитере светятся на невидимых для нас длинах волн, поэтому они были обнаружены лишь 40 лет назад. С тех самых пор ученые задавались вопросом, почему и как эти полярные сияния вызывают периодические всплески рентгеновского излучения.
Группа ученых под руководством планетолога Чжунхуа Яо из Китайской академии наук сообщила, что решила загадку. Исследователи связали рентгеновские всплески с колебаниями в силовых линиях магнитного поля газового гиганта.
Эти колебания генерируют в плазме волны, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля, периодически заставляя тяжелые ионы обрушиваться на атмосферу Юпитера, сталкиваясь с ней и высвобождая энергию в виде рентгеновских лучей.
«Мы наблюдали, как Юпитер генерирует свечение в рентгеновском спектре в течение четырех десятилетий, но мы не знали, как это происходит. Знали только, что сияния образовались, когда ионы "врезались" в атмосферу планеты. Теперь мы знаем, что эти ионы переносятся плазменными волнами – объяснение, которое не предлагалось ранее, даже несмотря на то, что аналогичный процесс вызывает полярное сияние Земли. Следовательно, это может быть универсальным явлением, присутствующим во многих различных средах в космосе», – Уильям Данн, астрофизик из Университетского колледжа Лондона.
На Земле полярные сияния создаются электрически заряженными частицами, излучаемыми Солнцем. Они воздействуют на разреженные газы в верхней атмосфере. Эти частицы, в основном электроны и протоны, захватываются магнитным полем Земли и сталкиваются с атомами и молекулами газов в верхней атмосфере. В результате столкновений электроны атомов азота и кислорода на время переходят в «возбужденное» энергетическое состояние. После их возвращения в нормальное энергетическое состояние некоторая часть высвобожденной энергии излучается в виде фотонов света с разной длиной волны.
На Юпитере процесс выглядит несколько иначе, и он связан не с солнечными частицами, а с частицами, которые излучает спутник Юпитера – Ио. Ио является постоянным источником двуокиси серы, которая мгновенно отдаляется из-за сложного гравитационного взаимодействия с планетой, ионизируется и образует плазменный тор вокруг Юпитера.
А еще есть рентгеновские импульсы. Чтобы выяснить, как они генерируются, исследовательская группа изучила планету, используя одновременные наблюдения исследовательского зонда «Юнона» и XMM-Newton, сделанные 16-17 июля 2017 года, в общей сложности 26 часов. В это время Юпитер испускал рентгеновские лучи примерно каждые 27 минут. Основываясь на этих наблюдениях, команда связала наблюдения плазмы, сделанные «Юноной» с наблюдениями XMM-Newton рентгеновских авроральных всплесков; с помощью компьютерного моделирования они определили, как эти два явления могут быть связаны.
Команда пришла к выводу, что сжатие магнитного поля Юпитера создает волны ионов кислорода и серы, которые спиралевидно движутся вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам Юпитера. Там они сталкиваются с атмосферой планеты и генерируют вспышки рентгеновского света. Эти волны называются электромагнитными ионными циклотронными волнами (EMIC), и они также связаны с полярными сияниями на Земле.
На данный момент неясно, что именно вызывает сжатие магнитного поля Юпитера. Это может быть влияние солнечного ветра, циркуляции тяжелых материалов в магнитосфере Юпитера или поверхностных волн на магнитопаузе, внешней границе между магнитосферой и окружающей плазмой.
Как бы то ни было, сжатие происходит, но тот факт, что один и тот же механизм – волны EMIC – был связан с выбросами полярных сияний в двух очень разных условиях, предполагает, что это может быть довольно распространенным явлением в Солнечной системе, а также в галактике за ее пределами.
«Теперь мы определили этот фундаментальный процесс, и есть множество возможностей для его дальнейшего изучения. Подобные процессы, вероятно, происходят вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, возможно, экзопланет, с различными типами заряженных частиц», – Чжунхуа Яо.
Результаты показывают, что электромагнитные волны могут играть важную, прежде неизвестную роль в ионной динамике атмосферы Юпитера и могут помочь нам лучше понять плазменные процессы в галактике.
Источник – National Geographic.
