Юпитер имеет самые мощные полярные сияния в Солнечной системе, которые постоянно кружат над обоими его полюсами. Поскольку они сияют только на невидимых длинах волн, мы не можем увидеть их невооруженным глазом, поэтому они были открыты лишь 40 лет назад. С тех пор ученые задавались вопросом, как эти полярные сияния вызывают периодические всплески рентгеновского излучения, сообщает Sciencealert.
Используя данные с космического аппарата Юнона и космической рентгеновской обсерватории XMM-Newton, группа ученых под руководством планетолога Чжунхуа Яо из Китайской академии наук связала рентгеновские всплески с колебаниями в силовых линиях магнитного поля газового гиганта.
Эти колебания создают волны в плазме, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля, периодически заставляя тяжелые ионы попадать в атмосферу Юпитера и сталкиваться с ней, высвобождая энергию в виде рентгеновских лучей.
"Мы видели, как Юпитер создает рентгеновское сияние в течение четырех десятилетий, но мы не знали, как это происходит. Мы знали только, что они образовались, когда ионы попадают в атмосферу планеты", — говорит астрофизик Уильям Данн из Университетского колледжа Лондона в Великобритании.
"Теперь мы знаем, что эти ионы переносятся волнами плазмы – это объяснение не предлагали раньше, несмотря на то, что аналогичный процесс вызывает полярное сияние на Земле. Следовательно, это может быть универсальным явлением, которое присутствует и в других частях космоса".
На Земле, полярные сияния создаются частицами прилетающими от Солнца. Они сталкиваются с магнитным полем Земли, которое отправляет заряженные частицы, такие как протоны и электроны, вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам, где они попадают в верхние слои атмосферы Земли и сталкиваются с молекулами атмосферы. В результате ионизация этих молекул создает удивительное сияющее явление.
Но на Юпитере все происходи несколько иначе. Полярные сияния там являются постоянным и долговременным явлением. Это происходит потому, что частицы прилетают не от Солнца, а от спутника Юпитера Ио, наиболее вулканического мира в Солнечной системе. Ио постоянно извергает двуокись серы, которая немедленно удаляется из-за сложного гравитационного взаимодействия с планетой, ионизируется и образует плазменную оболочку вокруг Юпитера.
Чтобы выяснить, как генерируются рентгеновские импульсы, исследовательская группа изучила планету, используя одновременные наблюдения космического аппарата Юнона и обсерватории XMM-Newton в течение 26 часов. В это время Юпитер выпускал рентгеновские лучи примерно каждые 27 минут.
Основываясь на этих наблюдениях, ученые с помощью компьютерного моделирования определили, как плазма и рентгеновское излучение могут быть связаны.
Ученые пришли к выводу, что сжатие магнитного поля Юпитера создает волны ионов кислорода и серы, которые спиралевидно движутся вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам Юпитера, где они сталкиваются с атмосферой и генерируют вспышки рентгеновского излучения.
Эти волны называются электромагнитными ионными циклотронными волнами, и они также связаны с мерцающими полярными сияниями здесь, на Земле.
На данный момент неясно, что вызывает сжатие магнитного поля Юпитера. Это может быть влияние солнечного ветра, циркуляции тяжелых веществ в магнитосфере Юпитера или поверхностных волн на магнитопаузе, внешней границе между магнитосферой и окружающей плазмой.
Тот факт, что один и тот же механизм был связан с появлением полярных сияний в двух разных мирах, предполагает, что это может быть довольно распространенным явлением в Солнечной системе, а также в остальной части галактике, говорят ученые.
"Теперь мы определили этот фундаментальный процесс и есть много возможностей для его дальнейшего изучения", — говорит Яо.
"Подобные процессы, вероятно, происходят вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, возможно, экзопланет, с различными типами заряженных частиц, бороздящих волны".
Результаты исследования показывают, что электромагнитные ионные циклотронные волны могут играть важную, прежде незамеченную роль в ионной функциональности атмосферы Юпитера и могут помочь лучше понять плазменные процессы в галактике, говорят ученые.
