Согласно данным, полученным с космического аппарата NASA «Юнона», магнитное поле Юпитера и его обширная магнитосфера, содержащая ионизированный газ, способны вызывать вблизи полюсов планеты ранее не зарегистрированный тип плазменных колебаний.
Юпитер — самая большая планета В Солнечной системе магнитное поле газового гиганта во много раз превосходит по мощности земное. Это поле улавливает значительные объемы заряженных частиц, создавая радиационные пояса невероятной силы, которые в тысячи раз интенсивнее земных поясов Ван Аллена. У Юпитера постоянно наблюдаются полярные сияния. В видимом свете они значительно менее заметны и практически неразличимы при наблюдении с Земли. Наибольшая «яркость» приходится на ультрафиолетовую и рентгеновскую области спектра, которые не воспринимаются человеческим глазом.
Вокруг Юпитера раскинулась огромная область ионизированного газа — плазма. Это уникальное состояние вещества, схожее с газом, но состоящее не из нейтральных атомов, а из свободных электронов и ионов (атомов, утративших или получивших электрический заряд). Поведение этой плазмы, в особенности вблизи полюсов, где магнитные линии пересекаются и направляются внутрь планеты, долгое время оставалось неясным. Для объяснения природы юпитерианских сияний и его космической «погоды» важно понять, как движется плазма».
Свободные электроны и ионы в плазме обладают способностью к «колебаниям», что приводит к возникновению различных волновых возмущений. Ранее ученые были знакомы с двумя основными типами плазменных волн: волнами Альфвена и волнами Ленгмюра. Волны Альфвена обусловлены колебаниями ионов в магнитном поле, а волны Ленгмюра – движением более легких электронов. В связи с существенной разницей в массе ионов и электронов, данные волны, как правило, колеблются на различных частотах и не взаимодействуют друг с другом.
С 2016 года Юпитер исследуется космическим аппаратом, находящимся на орбите планеты «Юнона». Аппарат проводит сбор информации о магнитных и плазменных характеристиках газового гиганта. Благодаря полученным данным ученые смогли зафиксировать необычную плазменную волну, которая не была обнаружена ранее ни на Юпитере, ни в других областях Солнечной системы.
Команда астрофизиков из США во главе с Робертом Лысаком ( Robert Lysak) из Миннесотского университета проанализировала данные, полученные аппаратом «Юнона», и выяснила, что плазма в окрестностях полюсов Юпитера демонстрирует аномальное поведение. В ней наблюдаются колебания новой волны, представляющей собой комбинацию двух известных типов плазменных волн – волн Альфвена и волн Ленгмюра. Результаты исследования представлены в журнале Physical Review Letters.
Уникальный гибрид возникает благодаря особым условиям, наблюдаемым в области полюсов Юпитера. Плазма в этой области обладает крайне низкой плотностью, а мощнейшее магнитное поле планеты поддерживает ее в определенном состоянии. Сочетание этих факторов — разреженная плазма, находящаяся под воздействием сильного магнитного поля — позволяет обычно не взаимодействующим волнам Альфвена и Ленгмюра синхронизировать свои колебания и объединиться в новый, уникальный тип волны. Масса ионов и малая масса электронов перестают быть серьезным препятствием; в этих экстремальных условиях они начинают согласованно колебаться.
Ранее астрофизики не регистрировали ничего подобного в пределах Солнечной системы. Специалисты полагают, что причиной являются уникальные характеристики плазмы. Идентифицировав сигнатуру подобных гибридных волн, исследователи смогут выявлять аналогичные процессы при анализе данных, полученных с удаленных экзопланет. Это предоставит новый метод для изучения магнитных полей и плазменных сред этих планет, что имеет важное значение для понимания их особенностей и потенциальной возможности существования на них жизни.
В настоящее время космический аппарат «Юнона» продолжает выполнять свою работу на орбите Юпитера. Тем не менее, существует вероятность досрочного прекращения миссии в связи с сокращением финансирования. В мае администрация президента США Дональда Трампа предложила прекратить несколько научных программ NASA, включая «Юнону».