Космический телескоп NASA/ESA/CSA James Webb зафиксировал новые детали полярных сияний на самой большой планете нашей Солнечной системы. Танцующие огни, наблюдаемые на Юпитере, в сотни раз ярче, чем на Земле. Благодаря высокой чувствительности Webb астрономы изучили это явление, чтобы лучше понять магнитосферу Юпитера. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Полярные сияния возникают, когда высокоэнергетические частицы проникают в атмосферу планеты вблизи её магнитных полюсов и сталкиваются с атомами газа. Полярные сияния Юпитера не только огромны по размеру, но и в сотни раз энергичнее земных. На Земле сияния вызваны солнечными бурями — когда заряженные частицы обрушиваются на верхние слои атмосферы, возбуждают газы и заставляют их светиться красным, зеленым и фиолетовым цветами.
Но у Юпитера есть дополнительный источник полярных сияний: мощное магнитное поле газового гиганта захватывает заряженные частицы из окружающего пространства. Это включает не только частицы солнечного ветра, но и частицы, выброшенные в космос его спутником Ио, известным своими многочисленными и крупными вулканами. Вулканы Ио извергают частицы, которые, что удивительно, преодолевают гравитацию спутника и начинают вращаться вокруг Юпитера.
Во время солнечных бурь на планету также обрушивается поток заряженных частиц от Солнца. Мощное магнитное поле Юпитера захватывает эти частицы и ускоряет их до огромных скоростей. Эти быстрые частицы сталкиваются с атмосферой планеты с высокой энергией, возбуждая газ и заставляя его светиться.
Теперь уникальные возможности Webb предоставляют новые данные о полярных сияниях Юпитера. Чувствительность телескопа позволила астрономам увеличить выдержку, чтобы зафиксировать быстро меняющиеся детали сияний. Новые данные были получены камерой NIRCam телескопа Webb в Рождество 2023 года командой ученых под руководством Джонатана Николса из Университета Лестера (Великобритания).
«Это был настоящий рождественский подарок — я был потрясен!» — поделился Николс. — «Мы хотели увидеть, как быстро меняются сияния, ожидая, что они будут медленно затухать и появляться, возможно, в течение 15 минут. Вместо этого мы наблюдали, как весь регион сияний искрится и вспыхивает, иногда меняясь каждую секунду.»
Данные команды показали, что излучение иона триводорода (H3+) гораздо более изменчиво, чем считалось ранее. Эти наблюдения помогут ученым лучше понять процессы нагрева и охлаждения верхних слоев атмосферы Юпитера.
Ученые также обнаружили необъяснимые аномалии в данных. «Особенность этих наблюдений в том, что мы одновременно делали снимки в ультрафиолетовом диапазоне с помощью космического телескопа NASA/ESA Hubble», — добавил Николс. — «Странно, но самое яркое свечение, зафиксированное Webb, не имело аналога на снимках Hubble.»
«Это поставило нас в тупик. Чтобы объяснить сочетание яркости, зафиксированное Webb и Hubble, требуется, казалось бы, невозможная комбинация: огромное количество частиц с очень низкой энергией, бомбардирующих атмосферу — как ливень из мороси! Мы до сих пор не понимаем, как это происходит.»
Команда планирует изучить это расхождение между данными Hubble и Webb, а также исследовать его последствия для атмосферы Юпитера и космического окружения. Они также намерены продолжить исследования с новыми наблюдениями Webb, которые можно будет сопоставить с данными зонда NASA Juno, чтобы выяснить причину загадочного яркого излучения.
Эти открытия могут также поддержать миссию Европейского космического агентства Jupiter Icy Moons Explorer (Juice), которая направляется к Юпитеру для детального изучения планеты-гиганта и её трех крупных спутников с океанами — Ганимеда, Каллисто и Европы. Juice исследует полярные сияния Юпитера с помощью семи научных инструментов, включая две камеры.
Эти детальные измерения помогут понять, как взаимодействуют магнитное поле и атмосфера планеты, а также какое влияние оказывают заряженные частицы от Ио и других спутников на атмосферу Юпитера.
Информация от: Европейским космическим агентством.
