Пульсирующие полярные сияния Юпитера, обнаруженные космическим аппаратом «Вояджер-1» в 1979 году, уже много лет являются предметом наблюдений и исследований. Механизм их образования был наконец раскрыт благодаря сотрудничеству Юноны, которая достигла планеты в 2016 году для изучения магнитного поля Юпитера, и европейского телескопа XMM-Newton.
Необычные полярные сияния
Земные сияния возникают в результате столкновения заряженных частиц солнечного ветра с ионосферой, атмосферным слоем высотой от 100 до 500 км. Однако юпитерианские обладают необычными характеристиками. Известные как пульсирующие полярные сияния, они проявляются на полюсах независимо друг от друга в виде прерывистых вспышек, видимых на длинах волн рентгеновских лучей. Эта прерывистость типична для замкнутых магнитных полей, в которых силовые линии соединяются с полюсами. В случае с Юпитером соединение могло произойти после того, как линии простирались на миллионы километров в космос.
Даже на Земле можно наблюдать пульсирующие полярные сияния из-за взаимодействия магнитного поля с низкоэнергетическими электронами. Но энергия полярных сияний Юпитера намного выше!
После 26 часов наблюдения рентгеновского полярного сияния с помощью телескопа XMM-Newton исследователи использовали собранные Юноной данные для получения информации о его пульсациях, которые происходили каждые 27 минут. Результат анализа показал, что они вызваны флуктуациями магнитного поля.
Ионы солнечного ветра, ударяясь и сжимая магнитное поле Юпитера, нагревают частицы, которые там находятся в ловушке, вызывая образование так называемых циклотронных волн электромагнитных ионов (электронно-магнитные ионные циклотронные волны). Заряженные частицы «плывут» в этих волнах на миллионы километров в космос, в конечном итоге натыкаясь на атмосферу Юпитера и давая жизнь свечению пульсирующих полярных сияний.
Так прокомментировал Уильям Данн, содиректор по исследованиям и исследователь лаборатории космических исследований Малларда.
Этот процесс, очень похожий на тот, который определяет формирование полярных сияний на Земле, также может быть применен для объяснения подобных явлений на других планетах, таких как Сатурн. В магнитном поле Юпитера ионы серы и кислорода, извергнутые вулканами спутника Ио, оказались в ловушке. Они запускают гораздо более энергетический процесс, чем у Земли, что объясняет обнаружение рентгеновских лучей во время полярного сияния на полюсах Юпитера.
Совместная работа этих двух инструментов была неоценимой, добавив новый элемент в понимание явлений нашей солнечной системы. Телескоп ЕКА XMM-Newton, вращающийся вокруг Земли в 1999 году, наблюдал Юпитер в рентгеновских лучах, получая информацию о продолжительности пульсаций его полярных сияний. С другой стороны, космический аппарат НАСА Юнона собирал данные на месте, вращаясь вокруг обоих полюсов планеты-гиганта.
Это сотрудничество позволило разгадать тайну, не решавшуюся в течение 40 лет, открыв дверь для дальнейших исследований с целью сделать менее загадочными магнитные процессы, развивающиеся во Вселенной.