Ученые раскрыли тайну рентген-пульсации на полюсах Юпитера

Полярные сияния Земли являются одними из самых захватывающих зрелищ на нашей планете, и все же они блекнут по сравнению с яркими световыми шоу, которые происходят над полюсами Юпитера, которые производят достаточно энергии, чтобы обеспечить ею человеческую цивилизацию.


В течение 40 лет ученые изо всех сил пытались объяснить основные механизмы, которые вызывают потрясающие и светящиеся полярные сияния Юпитера, особенно регулярные импульсы рентгеновского света на планете, явление, которое никогда не наблюдалось в полярных сияниях ни на одной другой планете Солнечной системы.

Теперь команда под руководством Чжунхуа Яо, ученого-планетолога из Китайской академии наук, и Уильяма Данна, космического физика из Университетского колледжа Лондона, наконец, «раскрыла физическую причину пульсирующего рентгеновского излучения Юпитера». к исследованию, опубликованному в пятницу в Science Advances. Этим виновником оказалась особая рябь, называемая электромагнитно-ионными циклотронными (ЭМИЦ) волнами, которые наблюдались здесь, на Земле.

Исследователи смогли совершить этот прорыв, тщательно координируя одновременные измерения полярного сияния с зондом НАСА Juno, который вращается вокруг Юпитера с 2016 года, и обсерваторией XMM-Newton (XMM-Newton) Европейского космического агентства, которая вращается вокруг Земли с 1999 года. Эти комбинированные наблюдения позволили команде исследовать ритмические процессы внутри Юпитера, которые могут соответствовать последовательным периодическим рентгеновским всплескам, наблюдаемым в его полярных сияниях.



«Это было похоже на отпечаток пальца или дымящийся пистолет, - добавил он.- Мы знали, что это делает северное сияние, поэтому мы могли пойти и посмотреть на окружающую среду вокруг Юпитера и попытаться найти что-то, что делает точно такой же процесс».

Juno и XMM-Newton впервые синхронизировали свои наблюдения в июле 2017 года, но скрытый механизм не сразу был очевиден для команды.
В конце концов Яо понял, что вспышки могут быть связаны с явлением, известным как ЭМИЦ-волны. Когда силовые линии магнитного поля на планете, такой как Земля или Юпитер, вибрируют, они посылают рябь через окружающую плазму, форму газа, в которой молекулы расщепляются на электроны и ионы. ЭМИЦ-волны являются продуктом этих взаимодействий между магнитосферой планеты и ее плазмосферой.

На Земле эти волны вызывают световое шоу редкого типа, называемое протонным сиянием. Рентгеновские сияния Юпитера, напротив, отчасти вызваны вулканическими обломками, извергнутыми его залитым лавой спутником Ио, который выливает на газовый гигант энергичные ионы серы и кислорода, когда он движется по орбите. ЭМИЦ-волны Юпитера переносят эти ионы на север и юг вдоль силовых линий магнитного поля, пока они в конечном итоге не попадут в полярное небо и не приведут в действие рентгеновские импульсы.

Яо, Данн и их коллеги смогли связать синхронизацию рентгеновских импульсов Юпитера с ритмом его электромагнитных волн, во многом так же, как полярные сияния протонов были связаны с тем же явлением на Земле.

В дополнение к разрешению многолетней тайны Юпитера, новое исследование предполагает, что ЭМИЦ-волны могут быть недооцененным фактором во всех видах взаимодействий между плазмой и магнитными полями во Вселенной.

EMIC-волны «могут быть действительно важны для всего, от планет до солнечного ветра - частиц, покидающих Солнце - до газа, который течет между галактиками», - сказал Данн. «Это имеет большие последствия для космологии и понимания того, как устроена Вселенная».