|
Удивительные секреты северного сияния Юпитера
|
|
|
|
Международная группа ученых, возглавляемая доктором философии из Университета Нортумбрии, сделала новые открытия о впечатляющей особенности северного сияния Юпитера, выявив невиданную ранее структуру температуры и резкие изменения плотности в верхних слоях атмосферы планеты-гиганта.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, содержит первые подробные спектральные измерения инфракрасных следов полярных сияний Ио и Европы — ярких светящихся образований в полярном сиянии Юпитера, вызванных взаимодействием его галилеевых спутников с мощным магнитным полем Юпитера.
|
|
|
|
Снимки были сделаны с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), международного партнерства между НАСА, Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством, которое использует инфракрасное излучение для изучения глубин космоса.
|
|
|
|
Говоря о результатах исследования, ведущий автор Кэти Ноулз, доктор философии, исследователь в области физики планет из Университета Нортумбрии, объясняет: "Эти излучения ранее измерялись в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, но только то, насколько ярко они светят. Теперь мы впервые смогли описать физические свойства следов полярных сияний — температуру верхних слоев атмосферы и плотность ионов, о которых ранее никогда не сообщалось".
|
|
|
|
|
|
|
В отличие от северного сияния Земли, которое в основном вызвано солнечным ветром, полярное сияние Юпитера включает в себя воздействие четырех его крупных галилеевых спутников — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто, — которые создают на планете свое собственное "мини-сияние".
|
|
|
|
Мощное магнитное поле Юпитера совершает оборот примерно раз в 10 часов вместе с самой планетой, увлекая за собой заряженные частицы. Но его спутники вращаются гораздо медленнее — Ио, самому близкому к земле спутнику, требуется около 42,5 часов, чтобы совершить полный оборот.
|
|
|
|
Как объясняет Ноулз, "Спутники постоянно взаимодействуют с магнитным полем и плазмой, окружающей планету, и это взаимодействие приводит к тому, что высокоэнергетические частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля, а затем врезаются в атмосферу планеты, создавая полярные сияния, которые указывают на то, где спутники вращаются вокруг Юпитера. Полярное сияние Юпитера - самое мощное и постоянное из всех полярных сияний в Солнечной системе. То, что мы наблюдаем с помощью JWST, дает нам беспрецедентное представление о том, как спутники Юпитера непосредственно влияют на верхние слои атмосферы планеты".
|
|
|
|
Снимки, сделанные JWST, были сделаны во время вручения премии доктору Хенрику Мелину и профессору Тому Сталларду, профессору планетарной астрономии в Нортумбрии и научному руководителю Ноулза. В течение 22-часового периода наблюдений, который проводился в сентябре 2023 года, исследовательская группа провела сканирование края Юпитера, отслеживая северное сияние, когда оно появлялось в поле зрения. Именно во время этого наблюдения им также удалось запечатлеть следы полярных сияний.
|
|
|
|
Однако следы, оставленные Ио и Европой, не обладали характеристиками, ожидаемыми от главного полярного сияния Юпитера, которое относительно горячее и содержит много вещества. Вместо этого, на одном снимке они обнаружили холодное пятно в пределах полярного сияния Ио, в котором температура была намного ниже, чем ожидалось, при необычайно высокой плотности (выше, чем они когда-либо измеряли ранее).
|
|
|
|
Спутник Юпитера Ио - самое вулканически активное тело в нашей Солнечной системе, его вулканы ежесекундно выбрасывают в космос около 1000 килограммов вещества, питающего плотную плазму, окружающую Юпитер. Это вещество ионизируется и образует вокруг Юпитера облако в форме бублика, называемое плазменным тором Ио. Когда Ио движется в этой среде, он генерирует мощные электрические токи, которые создают ярчайшие пятна в полярном сиянии Юпитера.
|
|
|
|
Исследовательская группа обнаружила, что эти следы полярных сияний содержат катионы тригидрата, плотность которых в три раза выше, чем в основном полярном сиянии Юпитера, а в некоторых областях на одной и той же небольшой площади наблюдаются колебания плотности до 45 раз.
|
|
|
|
"Мы обнаружили экстремальную изменчивость как температуры, так и плотности в пределах полярного сияния Ио, которая происходила в течение нескольких минут", - сказал Ноулз. "Это говорит нам о том, что поток электронов высокой энергии, попадающих в атмосферу Юпитера, меняется невероятно быстро.
|
|
|
|
"Температура холодного пятна составила всего 538 Кельвинов, или 265°C, по сравнению с 766 Кельвинами, или 493°C, в остальной части полярного сияния Юпитера. Холодное пятно также содержало вещество, в три раза более плотное, чем основное полярное сияние Юпитера".
|
|
|
|
Полученные данные могут распространяться далеко за пределы Юпитера и открыть вопросы о других планетных системах. Спутник Сатурна, Энцелад, также создает полярный след на планете, и ученые задаются вопросом, происходят ли там подобные явления.
|
|
|
|
"Эта работа открывает совершенно новые пути изучения не только Юпитера и других его галилеевых спутников, но и потенциально других планет-гигантов и их лунных систем", - сказала Ноулз, которая вот-вот защитит докторскую диссертацию в Университете Нортумбрии. "Мы наблюдаем, как атмосфера Юпитера реагирует на его спутники в режиме реального времени, что дает нам представление о процессах, происходящих во всей нашей солнечной системе и, возможно, еще дальше.
|
|
|
|
"Мы видели это явление только на одном из наших пяти снимков, которые оставляют у нас вопросы. Как часто это происходит? Включается ли это и выключается ли? Как это меняется в зависимости от условий?"
|
|
|
|
Чтобы ответить на эти вопросы, Ноулз была удостоена более чем 32-часового наблюдения с помощью инфракрасного телескопа НАСА (IRTF) на Гавайях в течение шести ночей в январе 2026 года. Это позволило ей наблюдать, как полярное сияние вращается вместе с планетой. Она надеется, что анализ этих данных позволит ей определить, является ли эта экстремальная изменчивость распространенной или редкой.
|
|
|
|
Ноулз представила свои результаты международным ученым со всего мира на совместном совещании EPSC-DPS 2025 в Хельсинки (Финляндия), а также была приглашена в качестве члена команды молодых ученых на встречу команды Международного института космических наук в Берне (Швейцария) для дальнейшего обсуждения своей работы.
|
|
|
|
Источник
|
