Ujawniono źródło dziwnych rozbłysków rentgenowskich Jowisza

Fioletowe odcienie na tym zdjęciu pokazują emisje rentgenowskie z Jowiszowej zorzy polarnej, które zostały wykryte przez Kosmiczny Teleskop Chandra w 2007 roku. Są one nałożone na zdjęcie Jowisza wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Jowisz to jedyna gazowa gigantyczna planeta, na której naukowcy odkryli zorzę rentgenowską. Źródło: (prześwietlenie) NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone i in. ; (Optyczne) NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)

Tajemnica zagadki dotyczącej gigantycznego gazowego giganta zorzy polarnej i południowego światła została rozwiązana.

Astronomowie planetarni połączyli pomiary wykonane przez krążącą wokół Jowisza sondę Juno z danymi z okrążającej Ziemię misji ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) XMM-Newton, aby rozwiązać 40-letnią zagadkę dotyczącą pochodzenia niezwykłego X- promienie zorzy polarnej. Po raz pierwszy zobaczyli cały mechanizm w akcji: naładowane elektrycznie atomy lub jony odpowiedzialne za promieniowanie rentgenowskie „surfują” fale elektromagnetyczne w polu magnetycznym Jowisza w dół do atmosfery gazowego giganta.

Artykuł na temat badania został opublikowany 9 lipca 2021 r. w czasopiśmie postęp naukowy.

Zorza polarna została wykryta na siedmiu planetach naszego Układu Słonecznego. Niektóre z tych pokazów świetlnych są widoczne dla ludzkiego oka; Inne generują długości fal światła, które możemy zobaczyć tylko za pomocą specjalistycznych teleskopów. Do wyprodukowania krótszych fal potrzeba więcej energii. Jowisz ma najsilniejszą zorzę polarną w Układzie Słonecznym i jest jedynym t

Astronomowie planetarni byli zafascynowani zorzowymi emisjami promieniowania rentgenowskiego Jowisza od czasu jego odkrycia cztery dekady temu, ponieważ nie było od razu jasne, w jaki sposób wytwarzana jest energia potrzebna do ich wytworzenia. Wiedzieli, że te nagłe, północne i południowe światła Jowisza były spowodowane zderzeniem jonów w atmosferze Jowisza. Ale do tej pory naukowcy nie mieli pojęcia, w jaki sposób jony odpowiedzialne za wyświetlanie światła rentgenowskiego w ogóle dostały się do atmosfery.

Na Ziemi zorze zwykle pojawiają się tylko w pasie otaczającym bieguny magnetyczne, między 65 a 80 stopniami szerokości geograficznej. Po 80 stopniach emisja zorzy znika, ponieważ linie pola magnetycznego opuszczają Ziemię i łączą się z polem magnetycznym wiatru słonecznego, ciągłego przepływu naładowanych elektrycznie cząstek wyrzucanych przez Słońce. Są to tak zwane linie pola otwartego, a na konwencjonalnym obrazie, wyższe szerokości geograficzne Jowisza i Saturna również nie będą emitować dużych zórz polarnych.

Jednak zorza rentgenowska Jowisza jest inna. Znajdują się w kierunku bieguna od głównego i pulsującego pasa zorzy, a te na biegunie północnym często różnią się od tych na biegunie południowym. Są to typowe cechy zamkniętego pola magnetycznego, w którym linia pola magnetycznego wychodzi z planety na jednym biegunie i ponownie łączy się z planetą na drugim. Wszystkie planety z polami magnetycznymi mają zarówno otwarte, jak i zamknięte komponenty pola.

Naukowcy badający to zjawisko przeszli do symulacji komputerowych i odkryli, że pulsujące zorze rentgenowskie mogą być powiązane z zamkniętymi polami magnetycznymi, które są generowane wewnątrz Jowisza, a następnie rozciągają się na miliony mil w kosmos przed powrotem. Ale jak udowodnić, że model ma zastosowanie?

Autorzy badania odnieśli się do danych uzyskanych przez Juno i XMM-Newton w dniach 16-17 lipca 2017 r. W ciągu dwóch dni XMM-Newton obserwował Jowisza nieprzerwanie przez 26 godzin i obserwował zorze rentgenowskie pulsujące co 27 ​​minut.

W tym samym czasie Juno podróżowała między 62 a 68 promieniami Jowisza (około 2,8 do 3 milionów mil lub 4,4 do 4,8 miliona km) nad obszarem planety przed świtem. To był dokładnie ten region, który sugerowały symulacje zespołu, który był ważny dla wyzwalania impulsów, więc przeszukali dane Juno pod kątem wszelkich procesów magnetycznych zachodzących w tym samym tempie.

Odkryli, że fluktuacje pola magnetycznego Jowisza spowodowały pulsacje promieniowania rentgenowskiego zorzy polarnej. Cząsteczki wiatru słonecznego bezpośrednio uderzają w zewnętrzne granice pola magnetycznego i ulegają kompresji. Te kompresje podgrzewają jony uwięzione w ogromnym polu magnetycznym Jowisza, który znajduje się miliony mil od atmosfery planety.

Powoduje to zjawisko zwane falami elektromagnetycznymi jonów cyklotronowych (EMIC), w których cząstki są prowadzone wzdłuż linii pola. Kierowane przez pole, jony przemierzają falę EMIC przez miliony mil kosmosu, ostatecznie rozbijając się o atmosferę planety i uwalniając zorzę rentgenowską.

„To, co widzimy w danych Juno, to ten piękny łańcuch zdarzeń. Widzimy, jak zachodzi kompresja, widzimy, jak fala EMIC odchodzi, widzimy jony, a następnie widzimy puls jonów przemieszczający się wzdłuż linii pola” – powiedział. William Dunn z Mullard Space Science Laboratory, University College London i jego współpracownicy – ​​autor gazety: „Po kilku minutach XMM widzi rozbłysk promieni rentgenowskich”.

Teraz, gdy po raz pierwszy zidentyfikowano brakującą część procesu, otwiera się wiele możliwości, które można następnie zbadać. Na przykład na Jowiszu pole magnetyczne wypełnione jest jonami siarki i tlenu emitowanymi przez wulkany na księżycu Io. Na Saturnie księżyc Enceladus wyrzuca wodę w przestrzeń, wypełniając pole magnetyczne Saturna jonami grupy wodnej.

Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule Naukowcy rozwiązują 40-letnią tajemnicę dotyczącą zadziwiająco potężnej zorzy polarnej Jowisza.

Odniesienie: „Wykrywanie źródła zorzowych rozbłysków rentgenowskich Jowisza” Zhonghua Yao, William R. Dunn, Emma E. Woodfield, George Clark, Barry H. Mauk, Robert W. Ebert, Denis Grodent, Bertrand Bonfond, Dongxiao Pan , Jonathan Ray, Benpin Ni, Ruilong Joe, Gratzilla Brandoardi-Remont, Avelia de Wibisono, Pedro Rodriguez, Stavros Cotsiaros, Jean Uwe Ness, Frederic Allegrini, William S. Solomon, Harry Manners, Ravindra T. Desai i Scott J. Bolton, 9 lipca 2021 roku, postęp naukowy.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851

Więcej o misji

Jet Propulsion Laboratory, oddział Kalifornijskiego Instytutu Technologii w Pasadenie w Kalifornii, kieruje misją Juno dla głównego badacza Scotta J. Boltona z Southwest Research Institute w San Antonio. Juno jest częścią programu NASA New Frontiers, który jest zarządzany w Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla w Huntsville w stanie Alabama dla Dyrekcji Misji Naukowych agencji w Waszyngtonie. Firma Lockheed Martin Space w Denver zbudowała i obsługiwała statek kosmiczny.