Тропосферные гравитационные волны сделали ионосферу Юпитера неоднородной

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» определил, что на структуру ионосферы Юпитера могут активно влиять гравитационные волны из более глубоких слоев атмосферы, а сама ионосфера может быть более важным элементом связи между магнитосферой и глубокими слоями атмосферы на газовых гигантах, чем считалось ранее. Телескоп вел наблюдения за ионом H₃⁺ в ионосфере в районе Большого Красного Пятна на Юпитере. Статья опубликована в Nature Astronomy.

Взаимосвязь между верхними слоями атмосферы Юпитера в виде термосферы и ионосферы с вышележащей магнитосферой и нижележащими слоями атмосферы, где действуют радиационные процессы и конвекция, изучена плохо, так как не хватает подробных данных наблюдений. В качестве маркера процессов в верхних слоях атмосферы Юпитера используется излучение молекулярного иона водорода H₃⁺, который рождается за счет ударной ионизации электронами молекул водорода вокруг магнитных полюсов и за счет столкновений между фотоэлектронами и молекулами водорода на дневной стороне планеты. Однако в низких широтах планеты его труднее отслеживать из-за меньшего потока излучения и наложения излучения других молекул, например, метана, поэтому для наблюдений нужны крупные космические телескопы.

Группа астрономов во главе с Хенриком Мелином (Henrik Melin) из Лестерского университета представила результаты подробных наблюдений за верхними слоями атмосферы в районе знаменитого долгоживущего антициклона Большое Красное Пятно в низких широтах Юпитера, проведенных при помощи инструмента NIRSpec-IFU «Джеймса Уэбба» 27 июля 2022 года. Диапазон длин волн, на которых велись наблюдения, позволял отслеживать распределение H₃⁺ в ионосфере, на высотах более трехсот километров над слоями облаков.

Исследователи обнаружили ряд мелкомасштабных структур, различающихся интенсивностью излучения, таких как темные дуги и полосы шириной около тысячи километров и длиной до шести тысяч километров, а также яркие пятна с повышенной температурой, которые расположены в центре антициклона, к северо-западу и к юго-востоку от него.

Предполагается, что ионосфера Юпитера подвергается сильному и сложному воздействию восходящих гравитационных волн, возникающих в результате штормов в тропосфере, которые также могут подогревать ионосферу. Кроме того, на структуру ионосферы могут влиять долгоживущие ионы, возникающие при сгорании метеоров, а в долговременных масштабах — и электродинамические силы, связанные с магнитным полем планеты. Возможно также, что в случае полярных регионов ионосфера формируется за счет влияния как гравитационных волн, так и потоков заряженных частиц из магнитосферы. В любом случае, ионосфера оказывается важным связующим звеном между нижележащей атмосферой и магнитосферой Юпитера.

Ранее ион водорода H₃⁺ позволил ученым увидеть магнитный экватор Юпитера и подтвердить существование инфракрасных полярных сияний на Уране.