• Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Рентгеновские вспышки на Юпитере привели к сжатию магнитного поля

Рентгеновские вспышки на Юпитере привели к сжатию магнитного поля

Замеченные на Юпитере еще 40 лет назад мощные вспышки в рентгеновском диапазоне является результатом сжатия магнитного поля планеты.

К такому выводу астрономы пришли, одновременно наблюдая за сияниями при помощи рентгеновского телескопа XMM-Newton и станции «Юнона». Причем процессы, вызывающие вспышки оказались подобными механизма возникновения протонных полярных сияний на Земле. То же должно происходить и на Сатурне, Уране или Нептуне, отмечают ученые в Science Advances. За яркие сияния в атмосфере соответствует магнитосфера планеты. Так если у планеты есть магнитное поле, то оно ловит заряженные частицы солнечного ветра и заставляет их двигаться вдоль силовых линий, где в атмосфере они взаимодействуют с молекулами газов. Это взаимодействие возбуждает частицы и поэтому они начинают излучать энергию уже как кванты света, образуя полярные сияния. Подобные явления можно увидеть не только на Земле, но и на Марсе и полярных регионах газовых гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Впрочем, рентгеновские сияния Юпитера несовместимы с таким механизмом. Они регулярно пульсируют каждые несколько десятков минут в рентгеновском диапазоне, но и через 40 лет после их открытия, механизмы, вызывающие эти рентгеновские сияния, остаются неизвестными. Северное рентгеновское сияние Юпитера сконцентрировано на полюсах планеты. Причем оно ведет себя по-разному на северном и южном — за 20 дней наблюдений, яркость на южном полюсе возросла на 40 процентов и уменьшилась на такое же значение на северном.

Линейные спектры рентгеновского излучения показывают, что рентгеновские вспышки Юпитера образуются тяжелыми ионами кислорода, серы или углерода с энергией в десятки мегаэлектронвольт. В рамках нашей солнечной системы Юпитер является единственным примером такой крупномасштабной передачи энергии. Источником ионов служит и его спутник Ио благодаря своей вулканической активности, но до сих пор было неизвестно, как эти ионы вообще смогли попасть в атмосферу.

Одним из вариантов было явление магнитного пересоединения, когда противоположно направленные линии поля разъединяются и снова замыкаются через слой электрического тока, возникший между ними. Так импульсы от пересоединения создают яркие «пятна» или «дуги» излучения протяженностью до нескольких тысяч километров вдоль границы замкнутой силовой линии. Однако, наблюдения показывают, что пульсации рентгеновского излучения продолжаются по несколько дней Юпитера. Тем более, что оно все равно не может объяснить столь высоких энергий. Поэтому ученые предложили новый сценарий — пульсирующие рентгеновские вспышки могут быть вызваны колебаниями магнитного поля Юпитера.

В июле 2017 телескоп XMM-Newton наблюдал за Юпитером и его сияниями в течение 26 часов — они вспыхивали каждые 27 минут. Одновременно с ним над предрассветными областями планеты путешествовала станция «Юнона» и передавала данные о состоянии магнитного поля Юпитера. Эти данные ученые объединили со своим предыдущим исследованием магнитного поля планеты. Тогда они пришли к выводу, что пульсирующие рентгеновские сияния могут быть связаны с замкнутыми магнитными полями, которые генерируются внутри Юпитера и затем простираются на миллионы километров в космос, прежде чем повернуть назад.

Так замкнутый и спиралевидный при полюсном магнитном поле непосредственно поражается частицами солнечного ветра и сжимается. Это сжатия нагревает захваченные частицы и образует так называемые электромагнитные ионно-циклотронные волны (electromagnetic ion cyclotron waves, EMIC), направляющие частицы вдоль силовых линий. Такие продольные колебания ионов в магнитной плазме распространяются почти перпендикулярно магнитному полю, а потому в итоге ионы врезаются в атмосферу планеты и образуют рентгеновское сияние. Его через несколько минут и увидит XMM-Newton.

Этот процесс захвата Юпитером высокоэнергетических частиц очень похож на протонные полярные сияния на Земле. Происходит тот же процесс, что и в обычных полярных сияниях, только с атмосферными молекулами и атомами сталкиваются высокоэнергетические (до 100 килоэлектронвольт) протоны. А рентгеновское сияние Юпитера использует ионы, приобретая значительно большей энергии.

Фундаментальные процессы взаимодействия между электромагнитными волнами и ионами остаются похожими на разных планетах независимо от намагниченной их среды. Поэтому результаты этой работы можно применить и для изучения связи между планетарными магнитосфернными процессами и рентгеновским излучением на Сатурне, Уране, Нептуне и даже экзо планетах. Это исследование доказывает, что полярные сияния имеют общие механизмы в планетных системах, несмотря на то, что временные, пространственные и энергетические условия могут меняться.

  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Рентгеновские вспышки на Юпитере привели к сжатию магнитного поля
  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Рентгеновские вспышки на Юпитере привели к сжатию магнитного поля