Рентгеновские сияния на Юпитере оказались аналогом протонных сияний на Земле

Планетологи выяснили, что за возникновение рентгеновских полярных сияний на Юпитере ответственны физические процессы, управляющие протонными сияниями на Земле. К такому выводу ученые пришли, проанализировав данные космического телескопа XMM-Newton и межпланетной станции «Юнона», которые летом 2017 года одновременно следили за Юпитером. Статья опубликована в журнале Science.

Полярные сияния, наблюдаемые на ряде планет Солнечной системы, рождаются в ходе взаимодействия заряженных частиц, движущихся вдоль силовых линий магнитного поля планет, и верхних слоев их атмосфер. В случае Юпитера исследования сияний, возникающих над его полюсами, представляют для науки особый интерес, так как газовый гигант обладает гигантской магнитосферой, а поставщиком заряженных частиц выступает не только солнечный ветер, но и крупные спутники. В частности, рентгеновские полярные сияния на Юпитере создаются энергичными тяжелыми ионами серы и кислорода, рождаемые на Ио. Подобные сияния способны пульсировать с регулярными биениями в несколько десятков минут, а механизмы их образования и эволюция самих сияний до сих пор плохо изучены, несмотря на то, что открыты они были 40 лет назад.

Группа планетологов во главе с  Чжунхуа Яо (Zhonghua Yao) из Института геологии и геофизики Китайской академии наук опубликовала результаты анализа наблюдений за рентгеновскими сияниями Юпитера в июле 2017 года при помощи космического рентгеновского телескопа XMM-Newton и межпланетной станции «Юнона», которая работает на орбите вокруг газового гиганта. Ученые хотели разобраться в физике пульсирующего рентгеновского излучения Юпитера путем совместной одновременной работы двух аппаратов и последующих компьютерных моделирований. 

Оказалось, что процессы, вызывающие рентгеновские вспышки на Юпитере, удивительно схожи с полярными сияниями на Земле. В центральном плазменном слое магнитосферы вращающегося Юпитера из-за волн сжатия магнитного поля рождаются продольные ионно-циклотронные волны, которые затем распространяются вдоль линий магнитного поля и направляются в ионосферу планеты. Волны взаимодействуют с тяжелыми ионами, рассеивая и ускоряя их, а те, в свою очередь, периодически попадая в атмосферу Юпитера, сталкиваются с нейтральными частицами и в ходе процесса перезарядки порождают вспышки мягкого рентгеновского излучения. На Земле взаимодействие между электромагнитными ионно-циклотронными волнами и ионами порождает протонные сияния, таким образом юпитерианские рентгеновские сияния можно считать своеобразным аналогом ионных сияний на Земле.

Таким образом исследователи выявили ​​четкую связь между электромагнитными волнами планетарного масштаба, ионно-циклотронными волнами и полярными вспышками рентгеновского излучения. Остается неясным, что какие процессы генерируют волны сжатия во внешней магнитосфере Юпитера. Ожидается, что «Юнона» продолжит изучать юпитерианские сияния, а в дальнейшем ей на смену придет автоматическая станция JUICE (JUpiter ICy moons Explorer).

Ранее мы рассказывали о том, как «Юнона» проследила за жизнью рассветных бурь на Юпитере — необычного типа полярных сияний.

Александр Войтюк