100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Изучен механизм полярного сияния Юпитера

Тайна мощных рентгеновских сияний Юпитера наконец раскрыта

Юпитер

Наложенные изображения полюса Юпитера со спутника “Юнона” и рентгеновского телескопа “Чандра”. Слева показана проекция северного рентгеновского сияния Юпитера (фиолетовый), наложенная на видимое изображение Северного полюса, полученное с помощью Junocam. Справа показан южный аналог. Авторы и права: NASA / Chandra / Juno Wolk / Dunn.

Полярные сияния на планете-гиганте не так сильно отличаются от полярных сияний на Земле.

Новое исследование показало, что таинственные вспышки рентгеновских лучей от полярных сияний Юпитера предполагают, что северное сияние гигантской планеты может обладать неожиданным сходством с такими же сияниями на Земли.

Полярные сияния, известные также как северное или южное сияние на Земле, видны над полюсами ряда планет Солнечной системы. Эти танцующие огни образуются, когда энергичные частицы Солнца или других небесных тел врезаются в магнитосферу планеты – область, формируемую магнитным полем планеты – и движутся по линиям её магнитного поля, чтобы столкнуться с молекулами в её атмосфере.

Магнитное поле Юпитера чрезвычайно сильное – примерно в 20 000 раз сильнее, чем у Земли, – и поэтому его магнитосфера чрезвычайно велика. Если бы эта инопланетная магнитосфера была видна в ночном небе, она бы покрыла область, в несколько раз превышающую размер нашей Луны. Таким образом, полярные сияния Юпитера намного мощнее земных. Они выделяют сотни гигаватт – этого достаточно, чтобы на короткое время обеспечить энергией всю человеческую цивилизацию.

Теперь учёные смогли объяснить таинственные рентгеновские сияния Юпитера, положившие конец 40-летнему поиску ответа. Впервые астрономы увидели магнитное поле Юпитера, которое нагревает частицы и направляет их вдоль силовых линий магнитного поля вниз в атмосферу Юпитера, вызывая сияние рентгеновских лучей. Связь была установлена ​​путём объединения данных миссии “Юнона” (НАСА) с рентгеновскими наблюдениями, полученными с помощью телескопа XMM-Newton (ЕКА).

Ганимед

Сияния на Ганимеде, которые наблюдались космическим телескопом Хаббл. Авторы и права: NASA / ESA.

Полярные сияния Юпитера также испускают необычные рентгеновские вспышки, которые возникают из-за электрически заряженных ионов серы и кислорода, извергнутых вулканическим спутником Юпитера Ио. Эти рентгеновские сияния часто пульсируют, как часы, регулярными ударами продолжительностью несколько десятков минут в течение десятков часов.

Конкретные механизмы, приводящие в действие эти вспышки, долгое время оставались загадкой.

“Более 40 лет мы ломали голову над тем, что может вызвать впечатляющие рентгеновские сияния Юпитера”, – сказал автор исследования Чжунхуа Яо, планетолог из лаборатории физики Земли и планет в Пекине.

Чтобы выявить источники этих вспышек, исследователи использовали аппарат “Юнона”, который вращается вокруг Юпитера, для изучения магнитосферы планеты-гиганта. В то же время у них был телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства, который вращается вокруг Земли и удалённо анализирует рентгеновские лучи Юпитера.

Читайте так же:
Самые большие животные – список, размеры, названия, описание, где обитают, фото и видео

Учёные обнаружили, что рентгеновские вспышки, по-видимому, вызваны регулярными колебаниями силовых линий магнитного поля Юпитера. Эти колебания генерируют плазменные волны планетарного масштаба – облака электрически заряженных частиц – которые заставляют тяжёлые ионы “перемещаться” вдоль силовых линий магнитного поля, пока они не врезаются в атмосферу планеты, высвобождая энергию в виде рентгеновских лучей.

Подобные плазменные волны помогают генерировать полярные сияния на Земле. Таким образом, несмотря на то, что Юпитер намного больше Земли во всех отношениях – например, большая масса и диаметр, больше энергии, более мощные магнитные поля и более быстрое вращение – похоже, что процессы, ответственные за ионное сияние Юпитера и ионное сияние Земли, одинаковы. Это намекает на потенциально универсальный процесс для космической среды.

Марс

Именно так может выглядеть сияние вблизи магнитных аномалий на Марсе. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech / MSSS and CSW / DB.

Остаётся неясным, почему силовые линии магнитного поля Юпитера регулярно колеблются. Возможные объяснения включают взаимодействие с солнечным ветром или с высокоскоростными потоками плазмы в магнитосфере Юпитера, говорят исследователи.

Электрически заряженные частицы, которые исследователи заметили, мчащимися к полюсам Юпитера, возможно, не обладают достаточной энергией для генерации рентгеновского сияния, поэтому им нужно приобрести дополнительное ускорение по пути.

Что это за процессы вызывают дополнительное ускорение?

Учёные предположили, что огромные напряжения, которые могут существовать над атмосферой Юпитера, могут ускорять эти электрически заряженные частицы и направлять к атмосфере с колоссальной энергией. Они, вероятно, играют ключевую роль.

В будущем Яо предложил исследовать другие миры, чтобы увидеть, могут ли плазменные волны также способствовать возникновению там полярных сияний. По его словам, подобная активность может происходить вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, вероятно, экзопланет, с различными типами заряжённых частиц, “формирующих” волны.

Читайте так же:
7 Заблуждений Человечества: рассказываем главное

Учёные подробно описали свои выводы в свежем номере журнала Science Advances, вышедшем 9 июля.

Что вызывает сияние Юпитера в рентгеновских лучах?

Механизм образования юпитерианских рентгеновских сияний был раскрыт, в том числе благодаря Юноне. Главные герои — ионы магнитного поля, которые, ударяясь в атмосферу газового гиганта, окрашивают его поверхность этими необычными явлениями.

Пульсирующие полярные сияния Юпитера, обнаруженные космическим аппаратом «Вояджер-1» в 1979 году, уже много лет являются предметом наблюдений и исследований. Механизм их образования был наконец раскрыт благодаря сотрудничеству Юноны, которая достигла планеты в 2016 году для изучения магнитного поля Юпитера, и европейского телескопа XMM-Newton.

Необычные полярные сияния

Земные сияния возникают в результате столкновения заряженных частиц солнечного ветра с ионосферой, атмосферным слоем высотой от 100 до 500 км. Однако юпитерианские обладают необычными характеристиками. Известные как пульсирующие полярные сияния, они проявляются на полюсах независимо друг от друга в виде прерывистых вспышек, видимых на длинах волн рентгеновских лучей. Эта прерывистость типична для замкнутых магнитных полей, в которых силовые линии соединяются с полюсами. В случае с Юпитером соединение могло произойти после того, как линии простирались на миллионы километров в космос.

Даже на Земле можно наблюдать пульсирующие полярные сияния из-за взаимодействия магнитного поля с низкоэнергетическими электронами. Но энергия полярных сияний Юпитера намного выше!

После 26 часов наблюдения рентгеновского полярного сияния с помощью телескопа XMM-Newton исследователи использовали собранные Юноной данные для получения информации о его пульсациях, которые происходили каждые 27 минут. Результат анализа показал, что они вызваны флуктуациями магнитного поля.

Ионы солнечного ветра, ударяясь и сжимая магнитное поле Юпитера, нагревают частицы, которые там находятся в ловушке, вызывая образование так называемых циклотронных волн электромагнитных ионов (электронно-магнитные ионные циклотронные волны). Заряженные частицы «плывут» в этих волнах на миллионы километров в космос, в конечном итоге натыкаясь на атмосферу Юпитера и давая жизнь свечению пульсирующих полярных сияний.

То, что мы видим из данных Юноны эта красивая цепь событий. Мы видим сжатие, образование ЭМИЦ-волн, перемещение ионов и их пульсацию по силовым линиям. И через несколько минут телескоп XMM-Newton видит рентгеновский взрыв.

Читайте так же:
Как выглядят скульптуры сварщика Дэвида Мадеро

Так прокомментировал Уильям Данн, содиректор по исследованиям и исследователь лаборатории космических исследований Малларда.

Этот процесс, очень похожий на тот, который определяет формирование полярных сияний на Земле, также может быть применен для объяснения подобных явлений на других планетах, таких как Сатурн. В магнитном поле Юпитера ионы серы и кислорода, извергнутые вулканами спутника Ио, оказались в ловушке. Они запускают гораздо более энергетический процесс, чем у Земли, что объясняет обнаружение рентгеновских лучей во время полярного сияния на полюсах Юпитера.

Совместная работа этих двух инструментов была неоценимой, добавив новый элемент в понимание явлений нашей солнечной системы. Телескоп ЕКА XMM-Newton, вращающийся вокруг Земли в 1999 году, наблюдал Юпитер в рентгеновских лучах, получая информацию о продолжительности пульсаций его полярных сияний. С другой стороны, космический аппарат НАСА Юнона собирал данные на месте, вращаясь вокруг обоих полюсов планеты-гиганта.

Иллюстрация космического зонда Юнона на орбите Юпитера.

Это сотрудничество позволило разгадать тайну, не решавшуюся в течение 40 лет, открыв дверь для дальнейших исследований с целью сделать менее загадочными магнитные процессы, развивающиеся во Вселенной.

Полярные сияния Юпитера — загадка для ученых

Полярные сияния Юпитера — загадка для ученых

Космический аппарат «Юнона» впервые зафиксировал в атмосфере Юпитера выброс энергии порядка 400 тыс. электрон-вольт. Это огромное количество энергии приводит к полярным сияниям газового гиганта. Однако, возникают они лишь иногда, поэтому ученые задаются вопросом об причине их происхождения.

Исследование, подробно описанное в журнале Nature, стало возможным благодаря инструментам на борту корабля «Юноны», который на протяжении года летал мимо полюсов Юпитера на максимально близком расстоянии. Данные, в частности, подтвердили некоторые ожидания астрономов, но и показали, что полярные сияния на Юпитере имеют совершенно иное происхождение, нежели на Земле. Эти процессы все еще до конца не изучены учеными.

Авроры (полярное, северное или южное сияние) как на Земле, так и на Юпитере, образуются, когда заряженные частицы, подобные электронам, сжимают магнитные полюсные линии планеты, проникают в атмосферу и создают свечение. На Земле наиболее сильные полярные сияния вызваны солнечными бурями, когда частицы большой энергии выбрасываются Солнцем. Эти частицы попадают в атмосферу нашей планеты и взаимодействуют с газами, поэтому небо светиться красным, зеленым и синим цветами на полюсах. На Юпитере сияния образованы частицами, выброшенными в основном со спутника газового гиганта Ио. Вулканы на Ио извергают огромное количество серы и кислорода в космос, которые попадают в магнитное поле Юпитера.

Читайте так же:
Первая помощь птице: полезные советы

Ранее предполагалось, что на обеих планетах электроны ускоряются вдоль линий магнитного поля, подобно электрическому току. На Земле источником энергии является солнечный ветер, заряжая электроны до 30 тыс. вольт. На Юпитере — это сверхбыстрое вращение планеты, которое действует как гигантский электрогенератор. Поэтому астрономы ожидали увидеть следы этих электронов.

GIF-анимация по клику

«Юнона» пролетает близко к полюсам Юпитера каждые 53 дня. Для исследования полярных сияний планеты было задействовано специальное оборудование аппарата, включая детектор высокоэнергетических частиц (JEDI). На самом деле это оказалось сложной задачей, поскольку «Юнона» движется со скоростью 50 км/с и на все измерения отводится всего несколько секунд.

Однако, при первом пролете над полюсами Юпитера, аппарат не обнаружил высокого напряжения, как ожидали астрономы. В следующий раз зонд наконец зафиксировал энергию электронов до 400 тыс. вольт. Но такое напряжение появляется от случая к случаю. Как оказалось, сияния порождали не разгоняющиеся электроны, а совершенно другой процесс. Когда электроны оказывались у полюсов Юпитера, они рассеивались в верхних слоях атмосферы и создавали вспышки света.

Что вызывает полярное сияние на Юпитере и каковы механизмы его происхождения, ученым пока неизвестно. «Юнона» продолжит летать над полюсами Юпитера и собирать данные для дальнейшего исследования.

Астрономы раскрыли причины появления полярного сияния на Юпитере

Недавно ученые задались вопросом: что вызывает мощные полярные сияния на полюсах Юпитера? Новые результаты показывают, что это не тот же механизм, который приводит в действие полярные сияния на Земле, как считалось ранее. Полярные сияния Юпитера в сотни раз более энергичны и не излучают длины волн, видимые человеческому глазу.

Такие похожие и такие разные

«Световые шоу» Юпитера и Земли являются проявлением одного и того же фундаментального явления: ускоренные частицы сталкиваются с атомами в атмосфере, высвобождая энергию в виде света. По словам Барри Маука, ученого из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, именно поэтому исследователи с зондом НАСА Juno ожидали найти доказательства того, что заряженные частицы, которые создают полярные сияния Юпитера, получают свою энергию с помощью того же механизма, который вызывает полярные сияния высокой энергии на Земле.

Читайте так же:
Как готовят к открытию станцию метро

Космический корабль NASA Juno, облетев максимально близко вокруг Юпитера, сделал снимки, благодаря которым ученые создали реконструкцию сияния. Оказалось, что оно происходит только в ультрафиолетовом спектре, невидимом человеческому глазу. В атмосфере Земли полярные сияния возникают, когда солнце обрушивает на планету поток заряженных частиц (известный как солнечный ветер ), на Юпитере же это происходим под воздействием солнечных ветров.

Как и почему сияет Юпитер?

Движение заряженных частиц вдоль силовых линий магнитного поля создает электрические токи в пространстве над атмосферой Земли. Эта активность также создает электрические потенциалы, как на электростанциях, где любая заряженная частица получает энергетический удар и ускоряется. Если одна из этих ускоренных частиц падает в атмосферу и сталкивается с атомом, столкновение вызовет достаточно энергии для высвобождения видимого света.

Изображение полярных сияний Юпитера в сочетании с измерениями электронов указывают на незаметный процесс ускорения частиц. Когда зонд Juno начал совершать близкие облеты Юпитера, космический корабль начал собирать данные о частицах с помощью специального инструмента. После ученые исследовали все данные и получили неожиданный ответ.

Более мощное, но не различимое глазом

Исследователи выяснили, что на Юпитере возникают потенциалы до 400 000 вольт, что в 10-30 раз больше, чем то, что наблюдается в полярных сияниях Земли. Основываясь на своих измерениях энергии частиц вокруг полярных сияний, авторы думают, что, скорее всего, на Юпитере частицы не разгоняются до определенного уровня энергии, а постепенно ускоряются до более широкого диапазона.

Этот механизм авторы называют «стохастическим» или «турбулентным» ускорением космической пыли, и он отвечает за создание некоторых из более слабых полярных сияний в атмосфере Земли. Обычно они не видны человеческому глазу. Полярные сияния Юпитера в отличие от земных постоянны, потому что они подпитываются солнечным ветром, а также постоянным притоком заряженных частиц с Луны Ио. Ученые продолжают изучать эти явления, чтобы лучше понять их.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию