Полярные сияния на планете-гиганте не так сильно отличаются от полярных сияний на Земле.
Новое исследование показало, что таинственные вспышки рентгеновских лучей от полярных сияний Юпитера предполагают, что северное сияние гигантской планеты может обладать неожиданным сходством с такими же сияниями на Земли.
Полярные сияния, известные также как северное или южное сияние на Земле, видны над полюсами ряда планет Солнечной системы. Эти танцующие огни образуются, когда энергичные частицы Солнца или других небесных тел врезаются в магнитосферу планеты – область, формируемую магнитным полем планеты – и движутся по линиям её магнитного поля, чтобы столкнуться с молекулами в её атмосфере.
Магнитное поле Юпитера чрезвычайно сильное – примерно в 20 000 раз сильнее, чем у Земли, – и поэтому его магнитосфера чрезвычайно велика. Если бы эта инопланетная магнитосфера была видна в ночном небе, она бы покрыла область, в несколько раз превышающую размер нашей Луны. Таким образом, полярные сияния Юпитера намного мощнее земных. Они выделяют сотни гигаватт – этого достаточно, чтобы на короткое время обеспечить энергией всю человеческую цивилизацию.
Теперь учёные смогли объяснить таинственные рентгеновские сияния Юпитера, положившие конец 40-летнему поиску ответа. Впервые астрономы увидели магнитное поле Юпитера, которое нагревает частицы и направляет их вдоль силовых линий магнитного поля вниз в атмосферу Юпитера, вызывая сияние рентгеновских лучей. Связь была установлена путём объединения данных миссии “Юнона” (НАСА) с рентгеновскими наблюдениями, полученными с помощью телескопа XMM-Newton (ЕКА).
Полярные сияния Юпитера также испускают необычные рентгеновские вспышки, которые возникают из-за электрически заряженных ионов серы и кислорода, извергнутых вулканическим спутником Юпитера Ио. Эти рентгеновские сияния часто пульсируют, как часы, регулярными ударами продолжительностью несколько десятков минут в течение десятков часов.
Конкретные механизмы, приводящие в действие эти вспышки, долгое время оставались загадкой.
“Более 40 лет мы ломали голову над тем, что может вызвать впечатляющие рентгеновские сияния Юпитера”, – сказал автор исследования Чжунхуа Яо, планетолог из лаборатории физики Земли и планет в Пекине.
Чтобы выявить источники этих вспышек, исследователи использовали аппарат “Юнона”, который вращается вокруг Юпитера, для изучения магнитосферы планеты-гиганта. В то же время у них был телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства, который вращается вокруг Земли и удалённо анализирует рентгеновские лучи Юпитера.
Учёные обнаружили, что рентгеновские вспышки, по-видимому, вызваны регулярными колебаниями силовых линий магнитного поля Юпитера. Эти колебания генерируют плазменные волны планетарного масштаба – облака электрически заряженных частиц – которые заставляют тяжёлые ионы “перемещаться” вдоль силовых линий магнитного поля, пока они не врезаются в атмосферу планеты, высвобождая энергию в виде рентгеновских лучей.
Подобные плазменные волны помогают генерировать полярные сияния на Земле. Таким образом, несмотря на то, что Юпитер намного больше Земли во всех отношениях – например, большая масса и диаметр, больше энергии, более мощные магнитные поля и более быстрое вращение – похоже, что процессы, ответственные за ионное сияние Юпитера и ионное сияние Земли, одинаковы. Это намекает на потенциально универсальный процесс для космической среды.
Остаётся неясным, почему силовые линии магнитного поля Юпитера регулярно колеблются. Возможные объяснения включают взаимодействие с солнечным ветром или с высокоскоростными потоками плазмы в магнитосфере Юпитера, говорят исследователи.
Электрически заряженные частицы, которые исследователи заметили, мчащимися к полюсам Юпитера, возможно, не обладают достаточной энергией для генерации рентгеновского сияния, поэтому им нужно приобрести дополнительное ускорение по пути.
Что это за процессы вызывают дополнительное ускорение?
Учёные предположили, что огромные напряжения, которые могут существовать над атмосферой Юпитера, могут ускорять эти электрически заряженные частицы и направлять к атмосфере с колоссальной энергией. Они, вероятно, играют ключевую роль.
В будущем Яо предложил исследовать другие миры, чтобы увидеть, могут ли плазменные волны также способствовать возникновению там полярных сияний. По его словам, подобная активность может происходить вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, вероятно, экзопланет, с различными типами заряжённых частиц, “формирующих” волны.
Учёные подробно описали свои выводы в свежем номере журнала Science Advances, вышедшем 9 июля.
