Аппарат «Юнона» от NASA обнаружил в магнитосфере Юпитера ранее не встречавшиеся плазменные волны, что вызывает вопросы о действующих моделях, описывающих поведение частиц в сильном магнитном поле планеты.
В магнитосфере Юпитера зафиксированы необычные плазменные волны, свидетельствующие о нетипичном поведении плазмы, которое ученые пока не способны объяснить, опираясь на существующие теоретические модели.
Начиная с 2016 года, аппарат «Юнона» аккумулировал обширные данные и изображения Юпитера, его спутников и колец. В рамках продленного этапа миссии траектория аппарата постепенно изменилась и приблизилась к северному полюсу планеты, предоставив ученым возможность впервые провести детальное исследование областей магнитосферы высоких широт.
Загадочная магнитосфера Юпитера
Магнитное поле Юпитера создает огромную магнитосферу, охватывающую пространство. Она простирается почти до орбиты Сатурна и на семь миллионов километров в направлении Солнца. Благодаря своим размерам, магнитосфера Юпитера является крупнейшей в Солнечной системе и представляет значительный интерес для научных исследований.
Необычное поведение плазмы
Аномалии, не согласующиеся с общепринятыми представлениями о плазме, были быстро обнаружены аппаратом «Юнона». Новое исследование, возглавляемое Робертом Лысаком из Университета Миннесоты, предлагает объяснение этих необычных волн. Данное открытие может привести к пересмотру методов моделирования магнитных полей и астрофизических процессов не только на Юпитере, но и на других планетах и звездах.
За почти десять лет работы «Юнона» накопила обширные данные о Юпитере и его спутниках. По мере изменения орбиты, аппарат приблизился к северному полюсу планеты, где была выявлена область магнитосферы с необычайно низкой концентрацией электронов. В этих районах, где интенсивность магнитного поля составляет 20 гаусс (2 мТл), зафиксировано отклонение от нормы: частота плазменных волн оказалась существенно ниже ионной гирочастоты, что не соответствует общепринятым принципам физики плазмы.
В этих особых условиях альвеновские волны, которые обычно ассоциируются с колебаниями ионов, продемонстрировали характеристики волн Ленгмюра, обычно возникающих вследствие движения электронов. Этот комбинированный эффект, зафиксированный группой Лысака в ходе исследования, был назван «альвеновско-ленгмюровским режимом».
Возможный переворот в физике плазмы?
Классическая теория предполагает, что волны Ленгмюра колеблются вдоль линий магнитного поля на частотах, превышающих ионную гирочастоту, в то время как альвеновские волны колеблются перпендикулярно этим линиям и функционируют на более низких частотах. Однако данные, полученные аппаратом «Юнона», показали иное: частоты этих волн были ниже ионной гирочастоты, но приближались к плазменной, не превышая ее.
Полученные данные свидетельствуют о том, что поведение плазмы в условиях интенсивной намагниченности и низкой плотности может существенно отличаться от прогнозируемого.
Исследование, проведенное Лысаком и его соавторами, выявило зависимость между частотой волн и их волновым числом в магнитосфере Юпитера. На основании полученных данных ученые заключили, что в этой необычной среде альвеновские волны способны преобразовываться в волны Ленгмюра при увеличении волнового числа. Предполагается, что причиной этого явления могут быть электронные пучки с энергией от 1 кэВ до 2 МэВ, которые ранее были зафиксированы аппаратом «Юнона» в полярных областях Юпитера.
Значение для астрофизики
Появление нового гибридного режима распространения волн способно стать важным шагом вперед в физике плазмы, в частности, в области моделирования магнитосферы других планет и небесных тел. Ученые предполагают, что подобные условия могут наблюдаться у магнитных звезд и экзопланет, обладающих мощными магнитными полями. Это позволит более точно объяснять астрофизические процессы, происходящие в удаленных регионах космоса.
Исследование опубликовано в журнале 16 июля 2025 года.