Новые данные об изучении северного сияния Юпитера были получены международной группой ученых под руководством исследовательницы из Нортумбрийского университета. Благодаря космическому телескопу «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономы впервые провели подробные спектральные измерения инфракрасных признаков, возникающих в полярном сиянии планеты, вызванного ее спутниками Ио и Европой. Также были зафиксированы необычайные и ранее не наблюдавшиеся изменения физических характеристик в верхних слоях атмосферы газового гиганта.
В то время как земные полярные сияния обычно возникают из-за воздействия солнечного ветра, полярные сияния Юпитера формируются благодаря влиянию его четырёх крупнейших спутников: Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто. Эти спутники генерируют на планете своего рода «локальные сияния». Массивное магнитное поле Юпитера, совершая оборот вместе с планетой приблизительно за 10 часов, захватывает потоки заряженных частиц, в то время как спутники движутся по своим орбитам с меньшей скоростью. Взаимодействие спутников с магнитным полем и плазмой, окружающей Юпитер, приводит к образованию частиц с высокой энергией. Они движутся вдоль линий магнитного поля и сталкиваются с атмосферой планеты, создавая заметные светящиеся структуры — авроральные следы, которые отражают проекцию орбит спутников.
Наблюдения велись в течение 22 часов в сентябре 2023 года. Исследователи, отслеживавшие вращение полярных сияний на краю Юпитера, зафиксировали авроральные следы Ио и Европы, попавшие в объектив телескопа. При этом характеристики этих следов оказались весьма необычными. На одном из снимков ученые выявили холодное пятно в сиянии, образованном Ио. Температура в этой области составила лишь 265 °C, что существенно ниже обычной для юпитерианских сияний температуры – 493 °C. Кроме того, это пятно содержало вещество с плотностью, в три раза превышающей плотность остального сияния планеты, а в отдельных местах разница в плотности достигала 45-кратных значений на небольшом участке.
Существенная роль в этом процессе отводится спутнику Ио – наиболее вулканически активному объекту в Солнечной системе. Вулканы Ио ежесекундно выбрасывают в космическое пространство приблизительно 1000 килограммов вещества, которое ионизируется и формирует вокруг Юпитера плотное плазменное облако, имеющее форму тора. Перемещаясь через эту среду, Ио порождает мощные электрические токи, являющиеся причиной самых ярких проявлений полярного сияния планеты. На основании проведенных исследований сделан вывод, что зафиксированные резкие изменения температуры и плотности внутри следа Ио, происходящие в течение нескольких минут, непосредственно связаны с нестабильным потоком высокоэнергетических электронов, достигающих верхних слоев атмосферы Юпитера.
По мнению Кэти Ноулз, аспирантки Нортумбрийского университета и ведущего автора исследования, это открытие предоставляет уникальную возможность понять, каким образом спутники Юпитера непосредственно воздействуют на его атмосферу. « Наблюдения за взаимодействием атмосферы Юпитера с его спутниками в режиме реального времени позволяют получить ценные сведения о явлениях, протекающих не только в нашей Солнечной системе, но и, вероятно, за её границами », — добавила она. Исследователи стремятся выяснить, как часто возникают подобные процессы, и намерены получить ответы в результате последующих наблюдений. Ноулз уже получила более 32 часов времени для работы в Инфракрасном телескопическом комплексе NASA на Гавайях в январе 2026 года, чтобы проанализировать изменения в авроральных проявлениях и установить, связаны ли выявленные экстремальные колебания с редкими событиями или представляют собой обычную закономерность.
Результаты исследования были в журнале Geophysical Research Letters.