Intervjuer

Mysteriet om Jupiters auroras endelig løst - og Jorden har mer til felles med dem enn vi trodde

2024

Jupiter lyser opp på en måte som kan konkurrere med de fleste fornøyelsesparker etter skumring (for ikke å snakke om jordens auroras) - men hva er det som ligger bak denne trolldommen? Plasma.

De fantastiske røntgenstrålene i Jupiters auroraer har noen ting felles med vår egen planets nordlys. De utløses begge av vibrerende magnetfeltlinjer, bortsett fra at Jupiter slipper ut nok energi til midlertidig å drive all menneskelig sivilisasjon. I motsetning til jordversjonen av fenomenet, er Jupiters også usynlige for oss fordi de bare lyser i røntgenstråling. Disse hadde noe med magnetfeltet å gjøre. Nå vet vi hva .

Et team av forskere, ledet av planetforskere Zhonghua Yao fra Chinese Academy of Sciences og Wiliam Dunn fra University College London, har endelig kalt det i en studie som nylig ble publisert i Vitenskapelige fremskritt. Det som var kjent før var at auroras oppstod da ioner kolliderte med den joviske atmosfæren, og at det er plasma blant dets magnetfeltlinjer. Yao fant ut at disse ionene krasjer i atmosfæren og frigjør ioner i røntgenform når disse magnetfeltlinjene utløser bølger i plasmaet.

Det sentrale spørsmålet var hva som med jevne mellomrom kan tvinge ioner til å krasje inn i Jupiters atmosfære, sier Yao til SYFY WIRE. Så ble spørsmålet: hvordan er kompresjonsbølger og ionefelling utkoblet? Elektromagnetiske ionesyklotronbølger er en ideell forbindelse fra teoretisk plasmafysikk.

Sikkerhetskopier bare et sekund. Vi kommer til elektromagnetiske ionesyklotronbølger om et øyeblikk. Men først, observasjonene.

Yao og teamet hans brukte data fra Jupiter sonde Juno og XMM-Newton romobservatorium for å finne ut vitenskapen bak disse nesten sci-fi fenomenene. XMM-Newton er et av de mest avanserte røntgenobservatoriene som finnes. Det kan fange opp hvor mange røntgenstråler som slippes ut fra Jupiters poler raskt nok til å avsløre detaljene i variasjoner i disse utslippene over korte perioder. Hvor ofte røntgenstrålene pulserte var et hint som til slutt ville føre til svaret. Plasmaelektromagnetiske bølger eller magentohydrodynamiske bølger beveger seg langs magnetfeltlinjen på titalls minutter.

Ved å fortsette å sammenligne røntgen-aurorapulseringene med de magnetiske vibrasjonene, begynner vi å vite om hele Jupiters magnetosfære vibrerer i tid eller om dette varierer fra sted til sted, sier Dunn.

Bildekreditt: Røntgen: NASA/CXC/UCL/W. Dunn et al., Optisk: Sydpolen: Studiepoeng: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran Nordpol Kreditt: NASA/JPL-Caltech /SwRI/MSSS

Eventuelle forstyrrelser i magnetfeltet ble tatt i betraktning, og teamet innså at de magentohydrodynamiske bølgene de så på, stemte overens med pulser i røntgenstråler. Dette var komprimerte magentohydrodynamiske bølger. De opererte som kompresjonsbølger , som opplever vibrasjoner parallelt med retningen de reiser, og kan bare forplante seg i et medium (materie i mellomrommet), som var plasma. De periodisiteter , eller gjentatte forekomster av et fenomen innen bestemte tidsperioder, sjekket ut både i XMM-Newton og Juno-observasjonene. Det var beviset som trengs for å lage datamodeller av det som foregikk.

De konsekvente periodisitetene mellom kompresjonsbølgene målt av Juno og røntgenpulsasjonene målt av XMM-Newton er det viktigste beviset, sier Yao. I løpet av de 26 timene med kontinuerlige observasjoner av røntgenstråler, var det tre intervaller da de to datasettene var tilgjengelige. Den konsekvente periodisiteten er ekstremt usannsynlig en tilfeldighet.

Overraskende nok er Jupiters auroras nærmere Jordas enn vi trodde. Auroraer på vår egen planet gjennomgår en prosess som ikke er ulik det som skjer på Jupiter. Når solvinden blåser ladede partikler inn, løper de også inn i magnetfeltet vårt og går mot polene som om de kjørte en kosmisk berg -og -dal -bane. De slår deretter inn i atmosfæriske molekyler som blir til ionisert ved å få eller miste elektroner og sette i gang et spektakulært lysshow. På Jupiter er auroraer mer intense, som i permanente. Dette er fordi partikler kommer fra det vulkanske svoveldioksidet til den konstant utbruddende månen Io i stedet for Solen.

Nå om elektromagnetiske ionesyklotron (EMIC) bølger som også har forbindelse til auroras på jorden. EN syklotron dannes når et vekslende elektrisk felt akselererer ladede partikler, som virvler rundt en spiral eller sirkulær bane innenfor magnetfeltet samtidig. Disse bølgene finnes i magnetiserte plasmaer og frigjør elektromagnetisk energi nær den nærmeste syklotronen. Yao ser frem til å bruke denne kunnskapen i fremtidige undersøkelser av andre planeter og måner.

Saturn, Uranus og Neptunus kan alle drive systematiske kompresjonsbølger, modulerende ionefordelinger, spennende elektromagnetiske ionesyklotronbølger som kan spre ioner for å felle ut i planetariske atmosfærer, sier han. 'Vulkanske aktiviteter er heller ikke de eneste prosessene som kan generere tunge ioner. De store vanndampene på Saturns måne Enceladus produserer vanngruppe -ioner som ikke er så forskjellige fra vulkanske ioner.

Saken er at ionene i Jupiters magnetosfære er mye mer høyenergi enn de som finnes i magnetosfærene i andre legemer, så ikke forvent en hel lyslandskap. Andre gassgiganter som Saturn produserer kanskje ikke engang røntgen-auroraer. Likevel er dette et fascinerende blikk på hvordan spesialeffekter skapes i verdensrommet.

Er Jupiters aurorale pulser signaturen til en global prosess eller bare en liten lokalisert prosess sett på stedene Juno har utforsket så langt? Vi vet ikke ennå, sier Dunn. Etter hvert som Juno utforsker mer og mer av miljøet rundt Jupiter, får vi forhåpentligvis svar på dette.