Разгадана тайна рентгеновских аврор Юпитера

Разгадана несколько десятилетняя тайна того, как Юпитер каждые несколько минут производит удивительные вспышки рентгеновского излучения на своих полюсах.

Об этом рассказывают в Университетском колледже Лондона (UCL).

Рентгеновские лучи являются частью аврор Юпитера – всплесков видимого и невидимого света, возникающих при взаимодействии заряженных частиц с атмосферой планеты. Подобное явление происходит и на Земле, создавая северное сияние, но у Юпитера оно намного мощнее, с выделением сотен гигаватт энергии, что достаточно для кратковременного обеспечения питанием всей человеческой цивилизации.

В новом исследовании, опубликованном в журнале "Science Advances", исследователи объединили наблюдения за средой Юпитера, сделанные вблизи аппаратом НАСА Juno, который в настоящее время находится на орбите планеты, с одновременными рентгеновскими измерениями от обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства (которая находится на орбите Земли).

Исследовательская группа, возглавляемая UCL и Китайской академией наук, обнаружила, что рентгеновские вспышки вызваны периодическими колебаниями линий магнитного поля Юпитера. Эти вибрации создают волны плазмы (ионизированного газа), которые направляют частицы тяжелых ионов в "серфинг" вдоль линий магнитного поля, пока они не врезаются в атмосферу планеты с высвобождением энергии в виде рентгеновского излучения.

Со-ведущий автор работы, доктор Уильям Данн (Лаборатория космических наук Милларда в UCL) сказал: "Мы наблюдали, как Юпитер производит рентгеновские авроры в течение четырех десятилетий, но мы не знали, как это происходит. Мы знали, что они образуются, когда ионы врезаются в атмосферу планеты".

"Теперь мы знаем, что эти ионы переносятся плазменными волнами – объяснение, которое не было предложено ранее, хотя подобный процесс производит собственно земные авроры. Следовательно, это может быть универсальным явлением, которое существует во многих различных средах в космосе".

Рентгеновские авроры возникают на северном и южном полюсах Юпитера, часто с заводной регулярностью – во время этого наблюдения Юпитер производил всплески рентгеновского излучения каждые 27 минут.

Заряженные ионные частицы, которые попадают в атмосферу, происходят от вулканического газа, выливаемого в космос от гигантских вулканов на спутнике Юпитера Ио.

Этот газ становится ионизированным (его атомы лишаются электронов) из-за столкновения в ближайшем окружении Юпитера, образуя "пончик" плазмы, который охватывает планету.

Иллюстрация: ESA / NASA / Yao / Dunn

Со-ведущий автор, доктор Чжунхуа Яо (Китайская академия наук, Пекин) сказал: "Теперь, когда мы идентифицировали этот фундаментальный процесс, открывается множество возможностей для дальнейшего его изучения. Подобные процессы, вероятно, происходят вокруг Сатурна, Урана, Нептуна, а также, возможно и экзопланет, с различными видами заряженных частиц, которые "серфируют" по волнам".

Соавтор, профессор Грациела Брандуарди-Реймонт (Лаборатория космических наук Милларда в UCL) отметила: "Рентгеновские лучи, как правило, производятся чрезвычайно мощными и жестокими явлениями, такими как черные дыры и нейтронные звезды, поэтому кажется странным, что планеты просто производят их тоже".

"Мы никогда не сможем посетить черные дыры, поскольку они выходят за пределы космических путешествий, но Юпитер стоит на нашем пороге. С прибытием спутника Juno на орбиту Юпитера астрономы сейчас имеют фантастическую возможность вблизи изучать среду, производящую рентгеновское излучение."

Для нового исследования ученые проанализировали наблюдения за Юпитером и окружающей средой, проводимых непрерывно в течение 26-часового периода с помощью спутников Juno и XMM-Newton.

Они обнаружили четкую корреляцию между волнами в плазме, выявленными Juno, и рентгеновскими авроральными вспышками на северном полюсе Юпитера, зафиксированными X-MM Newton. Затем они использовали компьютерное моделирование, чтобы подтвердить, что волны будут двигать тяжелые частицы прямо в атмосферу Юпитера.

Почему линии магнитного поля периодически вибрируют, непонятно, но вибрация может возникать вследствие взаимодействия с солнечным ветром или высокоскоростными потоками плазмы в магнитосфере Юпитера.

Магнитное поле Юпитера очень сильное – примерно в 20 000 раз сильнее земного - и потому его магнитосфера – область, контролируемая этим магнитным полем, – чрезвычайно велика. Если бы его было видно на ночном небе, оно охватывало бы область, которую в несколько раз превышает наша Луна.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.