Wyjaśniła tajemnicza zorza polarna Jowisza, która zakończyła 40 lat poszukiwań odpowiedzi. Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali sposób kompresji pola magnetycznego Jowisza, który podgrzewa cząstki i kieruje je wzdłuż linii pola magnetycznego w dół do atmosfery Jowisza, tworząc zorze rentgenowskie. Komunikacja została przeprowadzona poprzez połączenie danych in situ z misji Juno NASA z obserwacjami rentgenowskimi z instrumentu ESA XMM-Newton. Źródło: ESA/NASA/Yao/Dunn
Zespół badawczy rozwiązał zagadkę sprzed dziesięcioleci, w której Jowisz co kilka minut wytwarza zdumiewający rozbłysk promieniowania rentgenowskiego.
Zespół badawczy kierowany przez UCL (University College London) rozwiązał zagadkę sprzed dziesięcioleci, dotyczącą tego, w jaki sposób Jowisz co kilka minut wytwarza niesamowity rozbłysk promieniowania rentgenowskiego.
Promienie rentgenowskie są częścią zorzy Jowisza – rozbłysków światła widzialnego i niewidzialnego, które pojawiają się, gdy naładowane cząstki wchodzą w interakcję z atmosferą planety. Podobne zjawisko występuje na Ziemi, gdzie tworzy zorzę polarną, ale Jowisz jest znacznie potężniejszy, uwalniając setki gigawatów energii, która wystarcza do zasilenia całej ludzkiej cywilizacji. *
W nowym badaniu opublikowanym w postęp naukowyNaukowcy połączyli szczegółowe obserwacje środowiska Jowisza wykonane przez satelitę Juno NASA, który obecnie krąży wokół planety, z jednoczesnymi pomiarami rentgenowskimi z obserwatorium XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej (na orbicie okołoziemskiej).
Zespół badawczy kierowany przez UCL i Chińską Akademię Nauk odkrył, że rozbłyski promieniowania rentgenowskiego były spowodowane okresowymi wibracjami linii pola magnetycznego Jowisza. Wibracje te tworzą fale plazmy (zjonizowanego gazu), które wysyłają ciężkie cząstki jonów „surfujące” wzdłuż linii pola magnetycznego, aż zderzają się z atmosferą planety, uwalniając energię w postaci promieni rentgenowskich.
Nałożone zdjęcia bieguna Jowisza z satelity Juno NASA i teleskopu rentgenowskiego Chandra. Po lewej widać projekcję zorzy polarnej (magenta) w promieniach X Jowisza na widocznym obrazie bieguna północnego z JunoCam. Po prawej stronie znajduje się południowy odpowiednik. Źródło: NASA Chandra / Juno Walk / Dunn
Współautor, dr William Dunn (UCLA Mullard Space Science Laboratory) powiedział: „Widzieliśmy, jak Jowisz wytwarza zorze rentgenowskie przez cztery dekady, ale nie wiedzieliśmy, jak to się stało. Wiedzieliśmy, że powstały one tylko wtedy, gdy jony uderzył w atmosferę atmosferę planety.
„Teraz wiemy, że jony te są transportowane przez fale plazmy – wyjaśnienie, którego wcześniej nie proponowano, chociaż podobny proces wytwarza własną zorzę na Ziemi. Dlatego może to być zjawisko globalne, obecne w wielu różnych środowiskach w kosmosie” .
Zorze rentgenowskie występują na północnych i południowych biegunach Jowisza, często z regularnym mechanizmem zegarowym – podczas tej obserwacji Jowisz wytwarzał rozbłyski promieniowania rentgenowskiego co 27 minut.
Cząsteczki naładowanych jonów, które uderzają w atmosferę, pochodzą z gazu wulkanicznego płynącego w kosmos z gigantycznych wulkanów na księżycu Jowisza, Io.
Ten gaz jest zjonizowany (jego atomy są pozbawione elektronów) w wyniku zderzeń w bezpośrednim otoczeniu Jowisza, tworząc obrączkę plazmy, która otacza planetę.
Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali sposób kompresji pola magnetycznego Jowisza, który podgrzewa cząstki i kieruje je wzdłuż linii pola magnetycznego w dół do atmosfery Jowisza, tworząc zorze rentgenowskie. Komunikacja została przeprowadzona poprzez połączenie danych in situ z misji Juno NASA z obserwacjami rentgenowskimi z instrumentu ESA XMM-Newton. Źródło: ESA/NASA/Yao/Dunn
Współautor dr Zhonghua Yao (Chińska Akademia Nauk, Pekin) powiedział: „Teraz zidentyfikowaliśmy ten fundamentalny proces, istnieje wiele możliwości, w których można go dalej badać. Podobne procesy prawdopodobnie zachodzą wokół Saturna, Urana, Neptuna i prawdopodobnie wokół egzoplanet, a także z różnymi rodzajami naładowanych cząstek „surfujących” po falach.
Współautorka, profesor Graziella Brandoardi-Raymont (UCLA Space Science Laboratory), powiedziała: „Promienie rentgenowskie są zazwyczaj wytwarzane przez niezwykle silne i gwałtowne zjawiska, takie jak czarne dziury i gwiazdy neutronowe, więc wydaje się dziwne, że produkują je również planety.
„Nigdy nie możemy odwiedzić czarnych dziur, ponieważ wykraczają one poza podróże kosmiczne, ale Jowisz jest na wyciągnięcie ręki. Dzięki orbitującej wokół Jowisza Juno astronomowie mają teraz fantastyczną okazję do zbadania środowiska, które wytwarza promieniowanie rentgenowskie z bliska”.
W ramach nowych badań naukowcy analizowali obserwacje Jowisza i otaczającego go środowiska w sposób ciągły przez 26 godzin przez satelity Juno i XMM-Newton.
Odkryli wyraźną korelację między falami w plazmie wykrytymi przez Juno a zorzowymi rozbłyskami rentgenowskimi na północnym biegunie Jowisza zarejestrowanymi przez XMM-Newton. Następnie wykorzystali modelowanie komputerowe, aby potwierdzić, że fale wypchną ciężkie cząstki do atmosfery Jowisza.
Nie jest jasne, dlaczego linie pola magnetycznego drgają okresowo, ale drgania mogą wynikać z interakcji z wiatrem słonecznym lub z szybkich przepływów plazmy w magnetosferze Jowisza.
Pole magnetyczne Jowisza jest niezwykle silne – około 20 000 razy silniejsze niż Ziemia – i dlatego magnetosfera Jowisza, obszar kontrolowany przez to pole magnetyczne, jest niezwykle duży. Gdyby był widoczny na nocnym niebie, pokryłby obszar kilka razy większy od naszego Księżyca.
Prace były wspierane przez Chińską Akademię Nauk, Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych w Chinach, brytyjską Radę ds. Obiektów Naukowych i Technologicznych (STFC), Towarzystwo Królewskie, Radę ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym, a także Europejską Agencję Kosmiczną i NASA.
* Same zorze rentgenowskie Jowisza emitują gigawaty, ekwiwalent tego, co pojedyncza elektrownia wyprodukowałaby w ciągu kilku dni.
Numer referencyjny: 9 lipca 2021 r. postęp naukowy.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
