Полярное сияние было сфотографировано в 2014 году во время серии наблюдений в дальнем ультрафиолетовом свете космического телескопа Хаббла, которые проводились, когда космический корабль НАСА «Юнона» приближался и выходил на орбиту вокруг Юпитера. Авторы и права: НАСА, ЕКА и Дж. Николс, Университет Лестера.
Новые открытия о Юпитере могут привести к лучшему пониманию космической среды Земли и повлиять на длительные научные дебаты о самой большой планете Солнечной системы.
«Исследуя более обширное пространство, такое как Юпитер, мы сможем лучше понять фундаментальную физику, управляющую магнитосферой Земли, и тем самым улучшить наши прогнозы космической погоды», — сказал Питер Деламер, профессор Геофизического института и Колледжа естественных наук и математики УАФ.
«Мы — одно большое событие космической погоды из-за потери спутников связи, наших энергосистем или того и другого», — сказал он.
Космическая погода – это возмущения в магнитосфере Земли, вызванные взаимодействием солнечного ветра и магнитного поля Земли. Обычно они связаны с солнечными бурями и выбросами солнечной корональной массы, которые могут привести к магнитным флуктуациям и сбоям в электросетях, трубопроводах и системах связи.
Деламер и группа соавторов подробно описали свои выводы о магнитосфере Юпитера в статье, опубликованной в журнале AGU Advances. Среди соавторов — доцент Института геофизики Питер Дамиано, аспиранты-исследователи UAF Остин Смит и Чинна Спитлер, а также бывший студент Блейк Мино.
Исследования Деламера показывают, что самая большая планета нашей Солнечной системы имеет магнитосферу, состоящую в основном из замкнутых силовых линий магнитного поля в ее полярных регионах, но включающую серповидную область с открытыми силовыми линиями. Магнитосфера — это щит, который есть у некоторых планет и который отклоняет большую часть солнечного ветра.
Споры об открытых и закрытых полюсах бушуют уже более 40 лет.
Открытая магнитосфера — это планета, имеющая несколько разомкнутых силовых линий магнитного поля вблизи своих полюсов. Это ранее закрытые линии, которые были разорваны солнечным ветром и оставлены в космосе без повторного входа на планету.
Это создает на Юпитере области, где солнечный ветер, несущий некоторые линии магнитного поля Солнца, напрямую взаимодействует с ионосферой и атмосферой планеты.
Солнечные частицы, движущиеся к планете по открытым силовым линиям, не вызывают полярных сияний, которые в основном возникают на закрытых силовых линиях. Однако энергия и импульс частиц солнечного ветра на открытых силовых линиях действительно передаются в закрытую систему.
Земля имеет в основном открытую магнитосферу на своих полюсах, а полярные сияния возникают на замкнутых силовых линиях. Именно передаваемая энергия по этим открытым линиям может нарушить работу энергетических сетей и коммуникаций.
Чтобы изучить магнитосферу Юпитера, Деламер запустил множество моделей, используя данные, полученные космическим кораблем НАСА «Юнона», который вышел на орбиту Юпитера в 2016 году и имеет эллиптическую полярную орбиту.
«У нас никогда не было данных из полярных регионов, поэтому «Юнона» изменила физику полярных сияний планеты и помогла продолжить дискуссию о линиях ее магнитного поля», — сказал Деламер.
На крупном плане полярного сияния Юпитера показаны полярные сияния трех лун: Ио (вдоль левого лимба), Ганимеда (около центра) и Европы (чуть ниже и правее следа Ганимеда). Эти выбросы текут по магнитному полю Юпитера. Фото: изображение НАСА, Джон Кларк, Мичиганский университет.
Дебаты начались с пролета Юпитера в 1979 году аппаратами НАСА «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти данные заставили многих поверить в то, что на полюсах планеты имеется в целом открытая магнитосфера.
Другие ученые утверждали, что авроральная активность Юпитера, которая сильно отличается от земной, указывает на то, что на полюсах планета имеет в основном закрытую магнитосферу. Деламер, давний исследователь магнитного поля Юпитера, в 2010 году опубликовал статью, подтверждающую эту точку зрения.
В 2021 году он был соавтором статьи Биньчжэна Чжана из Гонконгского университета, в которой посредством моделирования было высказано предположение, что магнитосфера Юпитера имеет две области открытых магнитных силовых линий на полюсах.
Модель показывает один набор силовых линий с открытыми концами, выходящих из полюсов и тянущихся наружу за планетой в хвосте магнитосферы, узкой каплевидной части магнитосферы, направленной в сторону от Солнца. Другой комплект выходит из полюсов Юпитера и уходит в стороны в космос, уносимый солнечным ветром.
«Результат Чжана предоставил правдоподобное объяснение появлению областей с открытыми линиями поля», — сказал Деламер. «И в этом году мы предоставили убедительные доказательства в данных Juno, подтверждающие результаты модели.
«Это важное подтверждение статьи Чжана», — сказал он.
Деламер сказал, что важно изучать Юпитер, чтобы лучше понять Землю.
«В целом Юпитер и Земля представляют собой противоположные концы спектра — открытые и закрытые силовые линии», — сказал он. «Чтобы полностью понять физику магнитосферы, нам необходимо понять оба предела».
Доказательства Деламера были получены с помощью инструмента на космическом корабле «Юнона», который обнаружил полярную область, где ионы текли в направлении, противоположном вращению Юпитера.
Последующее моделирование показало аналогичный поток ионов в той же области — и вблизи линий открытого поля, предложенных в статье Чжана и Деламера 2021 года.
«Ионизированный газ на [closed] Линии магнитного поля, связанные с северным и южным полушариями Юпитера, вращаются вместе с планетой, — заключает новая статья Деламера, — в то время как ионизированный газ на [open] Линии поля, которые соединяются с солнечным ветром, движутся вместе с солнечным ветром».
Деламер пишет, что полярное расположение открытых линий магнитного поля «может представлять собой характерную особенность вращающихся гигантских магнитосфер для будущих исследований».
Другие участники — из Университета Колорадо в Боулдере, Университета Джонса Хопкинса, Университета Эндрюса, Университета аэронавтики Эмбри-Риддла, Гонконгского университета, Техасского университета в Сан-Антонио, Юго-западного исследовательского института и компании OJ Brambles Consulting в Соединенном Королевстве.
Деламер представит исследование в июле на конференции по магнитосферам внешних планет в Университете Миннесоты.
Информация от: Университетом Аляски в Фэрбенксе.
