Vedecký tím vyriešil desaťročia trvajúce tajomstvo toho, ako Jupiter každých pár minút vytvára úžasný výbuch röntgenových lúčov.

Výskumný tím vedený UCL (University College London) vyriešil desaťročia staré puzzle o tom, ako Jupiter každých pár minút vytvára úžasný výbuch röntgenových lúčov.

Röntgenové lúče sú súčasťou Jupiterovej polárnej žiary – výbuchy viditeľného a neviditeľného svetla, ktoré sa vyskytujú pri interakcii nabitých častíc s atmosférou planéty. Podobný jav sa vyskytuje na Zemi, kde vytvára polárnu žiaru, ale Jupiter je oveľa výkonnejší a uvoľňuje stovky gigawattov energie, čo stačí na to, aby nakrátko napájalo ľudskú civilizáciu. *

V novej štúdii publikovanej v vedecký pokrokVedci spojili detailné pozorovania životného prostredia Jupitera satelitom Juno NASA, ktorý momentálne obieha okolo planéty, so simultánnymi röntgenovými meraniami z observatória XMM-Newton Európskej vesmírnej agentúry (na obežnej dráhe Zeme).

Vedecký tím vedený UCL a Čínskou akadémiou vied zistil, že röntgenové erupcie boli spôsobené periodickými vibráciami magnetických siločiar Jupitera. Tieto vibrácie vytvárajú vlny plazmy (ionizovaný plyn), ktoré vysielajú častice ťažkých iónov „surfujúce“ pozdĺž línií magnetického poľa, až kým sa nezrazia s atmosférou planéty, pričom uvoľnia energiu vo forme röntgenových lúčov.

Prekryté obrázky Jupiterovho pólu z satelitu Juno NASA a röntgenového ďalekohľadu NASA Chandra. Vľavo je projekcia röntgenového lúča polárnej žiary (purpurovej) Jupitera na viditeľnom obrázku severného pólu JunoCam. Pravá ukazuje južný náprotivok. Poďakovanie: NASA Chandra / Juno Walk / Dunn

Spoluautor Dr. William Dunn (UCLA Mullard Space Science Laboratory) uviedol: „Už štyri desaťročia sme videli, ako Jupiter vyrába röntgenové polárne žiarenie, ale nevedeli sme, ako sa to stalo. Vedeli sme, že boli vyrobené iba vtedy, keď boli ióny vyrobené zasiahnuť atmosféru. atmosféra planéty.

„Teraz vieme, že tieto ióny sú transportované plazmatickými vlnami – vysvetlenie, ktoré doteraz nebolo navrhnuté, aj keď podobný proces vytvára vlastnú polárnu žiaru. Môže to teda byť globálny fenomén prítomný v mnohých rôznych prostrediach vo vesmíre“.

Röntgenové polárne žiary sa vyskytujú na severnom a južnom póle Jupitera, často s pravidelným hodinovým strojčekom – počas tohto pozorovania Jupiter každých 27 minút produkoval röntgenové lúče.

Častice nabitých iónov, ktoré dopadajú na atmosféru, pochádzajú z vulkanického plynu prúdiaceho do vesmíru z obrovských sopiek na Jupiterovom mesiaci Io.

Tento plyn je ionizovaný (jeho atómy sú zbavené elektrónov) v dôsledku kolízií v bezprostrednom prostredí Jupitera, čím vzniká plazmový prstenec obklopujúci planétu.

Po prvý raz astronómovia videli spôsob, akým je komprimované magnetické pole Jupitera, ktoré ohrieva častice a smeruje ich pozdĺž línií magnetického poľa dole do atmosféry Jupitera, čím vytvára röntgenové polárne žiarenie. Komunikácia sa uskutočňovala kombináciou údajov in situ z misie NASA Juno s röntgenovými pozorovaniami z agentúry XMM-Newton Európskej vesmírnej agentúry. Poďakovanie: ESA / NASA / Yao / Dunn

Spoluautor Dr. Zhonghua Yao (Čínska akadémia vied, Peking) uviedol: „Teraz sme identifikovali tento základný proces, existuje veľa možností, kde ho bude možné ďalej študovať. Podobné procesy sa pravdepodobne vyskytnú v okolí Saturnu na Uráne,“ Neptún a pravdepodobne okolo exoplanét. Tiež s rôznymi typmi nabitých častíc „surfujúcich“ po vlnách.

Spoluautorka profesorka Graziella Brandoardi-Raymont (UCLA Space Science Laboratory) uviedla: „Röntgenové lúče sú zvyčajne produkované mimoriadne silnými a násilnými javmi, ako sú čierne diery a neutrónové hviezdy, takže sa zdá byť čudné, že ich vytvárajú aj planéty.

„Nikdy nemôžeme navštíviť čierne diery, pretože sú mimo kozmického cestovania, ale Jupiter je pred našimi dverami. Vďaka Juno obiehajúcemu okolo Jupitera majú astronómovia teraz vynikajúcu príležitosť študovať prostredie, ktoré produkuje röntgenové lúče zblízka.“

Pre novú štúdiu vedci analyzovali pozorovania Jupitera a jeho okolitého prostredia nepretržite počas 26 hodín satelitmi Juno a XMM-Newton.

Zistili jasnú koreláciu medzi vlnami v plazme detekovanými Junom a polárnymi röntgenovými svetlicami severného pólu Jupitera zaznamenanými XMM-Newtonom. Potom pomocou počítačového modelovania potvrdili, že vlny vytlačia ťažké častice do atmosféry Jupitera.

Prečo čiary magnetického poľa pravidelne vibrujú, nie je jasné, ale vibrácie môžu byť výsledkom interakcií so slnečným vetrom alebo vysokorýchlostných tokov plazmy v Jupiterovej magnetosfére.

Jupiterovo magnetické pole je mimoriadne silné – asi 20 000-krát silnejšie ako Zem – a preto je jeho magnetosféra, oblasť riadená týmto magnetickým poľom, mimoriadne veľká. Ak je to viditeľné na nočnej oblohe, pokrývalo by oblasť niekoľkonásobne väčšiu ako náš Mesiac.

Práce podporili Čínska akadémia vied, Čínska národná prírodovedná nadácia, Rada pre vedecké a technické zariadenia vo Veľkej Británii (STFC), Kráľovská spoločnosť, Rada pre výskum prírodného prostredia, ako aj Európska vesmírna agentúra a NASA.

* Samotné Jupiterove polárne žiary uvoľňujú gigawatty, čo je ekvivalent toho, čo by jediná elektráreň vyprodukovala v priebehu dní.

Referencia: 9. júla 2021, vedecký pokrok.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851