Учените разгадават 40-годишна загадка за изумително мощните рентгенови лъчи на полярното сияние на Юпитер

Изследователски екип е разрешил десетилетна загадка как Юпитер издава удивителен взрив на рентгенови лъчи на всеки няколко минути.

Изследователски екип, ръководен от UCL (Университетски колеж в Лондон), решава десетилетия наред пъзел за това как Юпитер произвежда удивителен взрив от рентгенови лъчи на всеки няколко минути.

Рентгеновите лъчи са част от полярното сияние на Юпитер – изблици на видима и невидима светлина, които възникват при взаимодействие на заредени частици с атмосферата на планетата. Подобно явление се случва и на Земята, където създава Северното сияние, но Юпитер е много по-мощен, освобождавайки стотици гигавати енергия, достатъчни за кратко да захранват човешката цивилизация. *

В ново проучване, публикувано в научен прогресИзследователите комбинират наблюдения отблизо върху околната среда на Юпитер от спътника на НАСА Juno, който в момента е в орбита около планетата, с едновременни рентгенови измервания от обсерваторията на Европейската космическа агенция XMM-Newton (в земната орбита).

Изследователският екип, воден от UCL и Китайската академия на науките, откри, че рентгеновите изригвания са причинени от периодични вибрации на линиите на магнитното поле на Юпитер. Тези вибрации създават плазмени вълни (йонизиран газ), които изпращат тежки йонни частици, „сърфиращи“ по линиите на магнитното поле, докато не се сблъскат с атмосферата на планетата, освобождавайки енергия под формата на рентгенови лъчи.

Насложени изображения на полюса на Юпитер от спътника Juno на НАСА и рентгеновия телескоп Chandra на НАСА. Вляво показва проекция на полярното сияние (пурпурен) рентген на Юпитер върху видимия образ на Северния полюс на JunoCam. Вдясно е показан южният аналог. Кредит: НАСА Чандра / Джуно Уок / Дън

Съ-водещият автор д-р Уилям Дън (UCL Mullard Space Science Laboratory) каза: „Виждали сме Юпитер да произвежда рентгенови лъчи в продължение на четири десетилетия, но не знаехме как се случиха. Знаехме, че се произвеждат само когато йони се сблъска с атмосферата на планетата. „

„Сега знаем, че тези йони се транспортират от плазмени вълни – обяснение, което не е предлагано преди, въпреки че подобен процес произвежда собствената си полярно сияние на Земята. Така че това може да бъде глобален феномен, присъстващ в много различни среди в космоса.“

Рентгеновите полярни лъчи се появяват на северния и южния полюс на Юпитер, често с редовни часовникови механизми – по време на това наблюдение Юпитер е произвеждал изблици на рентгенови лъчи на всеки 27 минути.

Частиците от заредени йони, които поразяват атмосферата, произхождат от вулканичен газ, течащ в космоса от гигантски вулкани на Луната на Юпитер, Йо.

Този газ се йонизира (атомите му са лишени от електрони) поради сблъсъци в непосредствената среда на Юпитер, образувайки плазмена поничка, която заобикаля планетата.

За първи път астрономите са видели начина, по който магнитното поле на Юпитер се компресира, което загрява частиците и ги насочва по линиите на магнитното поле надолу в атмосферата на Юпитер, създавайки рентгенови сияния. Комуникацията беше осъществена чрез комбиниране на данни на място от мисията Juno на НАСА с рентгенови наблюдения от инструмента на ESA XMM-Newton. Кредит: ESA / NASA / Yao / Dunn

Съ-водещият автор д-р Zhonghua Yao (Китайска академия на науките, Пекин) каза: „Сега ние идентифицирахме този основен процес, има много възможности, където той може да бъде изучаван по-нататък. Подобни процеси вероятно ще се случат около Сатурн, Уран, Нептун, а вероятно и около екзопланетите.Също така, с различни видове заредени частици „сърфират“ във вълните.

Съавторът професор Грациела Брандоарди-Реймонт (UCLA Space Science Laboratory) каза: „Рентгеновите лъчи обикновено се произвеждат от изключително мощни и насилствени явления като черни дупки и неутронни звезди, така че изглежда странно, че само планетите ги произвеждат също.

„Никога не можем да посетим черни дупки, защото те надхвърлят космическите пътувания, но Юпитер е на прага ни. С орбиталния Юпитер на Юнона астрономите вече имат фантастична възможност да изследват среда, която произвежда рентгенови лъчи отблизо.“

За новото проучване изследователите анализираха непрекъснато наблюдения на Юпитер и заобикалящата го среда в продължение на 26 часа от спътниците Juno и XMM-Newton.

Те откриха ясна корелация между вълните в плазмата, открити от Юнона, и ауроралните рентгенови изригвания на северния полюс на Юпитер, записани от XMM-Newton. След това те използваха компютърно моделиране, за да потвърдят, че вълните ще изтласкат тежките частици в атмосферата на Юпитер.

Защо линиите на магнитното поле вибрират периодично, не е ясно, но вибрацията може да е резултат от взаимодействия със слънчевия вятър или от високоскоростни плазмени потоци в магнитосферата на Юпитер.

Магнитното поле на Юпитер е изключително силно – около 20 000 пъти по-силно от Земята – и следователно неговата магнитосфера, зоната, контролирана от това магнитно поле, е изключително голяма. Ако беше видимо на нощното небе, щеше да покрие площ, няколко пъти по-голяма от нашата Луна.

Работата беше подкрепена от Китайската академия на науките, Националната фондация за естествени науки на Китай, Съветът на Обединеното кралство за научни и технологични съоръжения (STFC), Кралското общество, Съветът за изследване на природната среда, както и Европейската космическа агенция и НАСА.

* Само рентгеновите сияния на Юпитер отделят гигавати, еквивалент на това, което една електроцентрала би произвела в течение на дни.

Справка: 9 юли 2021 г., научен прогрес.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851