Jupiter's levendig gloeiende poollicht heeft een mysterieuze krachtbron

voor het eerst ooit heeft NASA ‘ s Juno ruimtevaartuig ontdekt dat elektronen in de atmosfeer van Jupiter worden afgevuurd met een snelheid tot 400.000 volt. Dat is een enorme hoeveelheid energie die aanleiding geeft tot de gloeiende poollicht van de planeet. Deze ongelooflijk hoge spanningen, echter, worden slechts af en toe gezien — en dat roept vragen op over wat er precies achter sommige van de meest levendige gloeit op de polen van de planeet.

de ontdekking, gedetailleerd in een vandaag gepubliceerde studie, werd mogelijk gemaakt door de instrumenten aan boord van Juno, die iets meer dan een jaar rond Jupiter cirkelt en dichter langs de polen gaat dan enig ander ruimtevaartuig ooit heeft gedaan. Het bevestigt, voor een deel, wat astronomen verwachtten, maar het toont ook aan dat Jupiter ‘ s poollicht zich anders gedraagt dan poollicht op aarde — door processen die we nog niet helemaal begrijpen.Poollicht, zowel op aarde als op Jupiter, ontstaat wanneer geladen deeltjes zoals elektronen langs de magnetische veldlijnen van een planeet spiraalsgewijs de atmosfeer binnendringen en een gloed creëren. Op aarde, de meest intense poollicht worden veroorzaakt door zonnestormen, die optreden wanneer hoge-energetische deeltjes uit de zon regen naar beneden op onze planeet. Wanneer deze deeltjes de atmosfeer binnendringen, interageren ze met gassen en laten de hemel rood, groen en blauw gloeien aan de Polen. Op Jupiter worden poollicht gevormd door deeltjes die meestal uit de Io, de maan van de planeet, worden uitgestoten. Io ‘ s vulkanen spuwen grote hoeveelheden zwavel en zuurstof de ruimte in … en laden Jupiters magnetisch veld met deeltjes.

op beide planeten worden elektronen versneld langs de magnetische veldlijnen door elektrische stromen-vergelijkbaar met de elektrische stroom die door het stopcontact gaat wanneer u uw telefoonlader aansluit. Op aarde is de zonnewind de krachtbron, die elektronen tot 30.000 volt afvuurt. (Ter vergelijking, uw stopcontact in de VS is 110-120 volt. Op Jupiter is het de supersnelle rotatie van de planeet die fungeert als een gigantische elektrische generator, dus astronomen verwachtten dat ook op Jupiter elektronen zouden worden afgevuurd met zeer hoge spanningen. Maar ze hadden dit nooit eerder gezien, dus Juno gaf astronomen die kans voor de eerste keer.”We hebben nooit eerder over de polen van Jupiter gevlogen”, zegt Jonathan Nichols, een professor in de Faculteit Natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Leicester, die niet aan de studie heeft deelgenomen. “Juno vertelt ons voor het eerst over die deeltjes.”

het ruimtevaartuig bevindt zich in een extreem elliptische baan om Jupiter en passeert elke 53 dagen heel dicht bij de Polen. Om Jupiter ‘ s poollicht te bestuderen, werd de sonde uitgerust met verschillende instrumenten, waaronder het Juno energetic Particle Detector Instrument (JEDI). De sonde reist met ongeveer 30 mijl per seconde over de polen, dus de metingen moeten in een kwestie van seconden gebeuren, zegt studiecoauteur Barry Mauk, hoofd van JEDI en een wetenschapper aan de Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, die het instrument maakte. “Dat was een hele grote uitdaging”, vertelt Mauk aan The Verge. “We zijn erg trots op het feit dat we dat voor elkaar hebben gekregen.”

foto door G. Randy Gladstone (afbeelding rechts), en coauteur Bertrand Bonfond (afbeelding links).Op zijn eerste vlucht over de poollicht ontdekte Juno echter niet de hoge spanningen die astronomen verwachtten. “We waren erg verrast”, zegt Mauk. Toen, in het volgen van flybys, ontdekte het ruimtevaartuig uiteindelijk de signatuur van elektronen die in de atmosfeer werden afgevuurd met ongeveer dezelfde energie — zo hoog als 400.000 volt.Het merkwaardige is echter dat deze hoge spanningen er niet altijd zijn, zegt Mauk. Ze worden maar af en toe gezien. En soms ziet Juno elektronen die door de atmosfeer worden afgevuurd met allerlei verschillende energieën, op een schijnbaar willekeurige manier. Wat de oorzaak is van deze willekeurige versnelling van elektronen bij verschillende energieën — die zeer heldere poollicht creëren — is een mysterie, zegt Mauk.

een afbeelding van Jupiter ‘ s Zuidelijke aurora, gebruikt in de studie, verkregen door Juno op 2 februari 2017. Het beeld overlapt drie verschillende golflengtebereiken van UV ‘ s.

foto door G. Randy Gladstone

” het lijkt erop dat de foto niet zo duidelijk is als we dachten, ” vertelt Nichols The Verge. “Ik ben niet helemaal zeker hoe je poollicht zo helder rijden met dat specifieke mechanisme. Maar dat is iets waar Juno in de toekomst naar zal kijken.”

de sonde zal blijven vliegen langs de polen van Jupiter, en elke keer als hij dat doet, verzamelt hij gegevens. “Elke keer als we een ontmoeting hebben, zien we verschillende dingen”, zegt Mauk. Mauk hoopt dat de volgende waarnemingen astronomen zullen helpen de vragen te beantwoorden waarom de poollicht zo variabel is, en waarom ze soms sterk en soms zwak zijn.

een illustratie van NASA ‘ s Juno ruimtevaartuig bij Jupiter.

afbeelding: NASA

het doel is niet alleen om de fysische processen achter poollicht op de grootste planeet van het zonnestelsel te begrijpen. Andere objecten in het heelal — zoals pulsars, exoplaneten en witte dwergen — hebben ook magnetische velden en versnellen deeltjes op een manier die op die van Jupiter lijkt. “Jupiter is niet alleen geïnteresseerd in zijn eigen recht, maar het vertelt ons ook veel over soortgelijke astrofysische lichamen die we niet kunnen bereiken met ruimtevaartuigen,” zegt Nichols.

en Juno toont reeds aan dat er onbekende processen aan het werk zijn op de gasreus. “Dat is voor mij erg spannend, want het betekent dat we nog veel meer moeten doen om erachter te komen wat er precies aan de hand is”, zegt Nichols. “Jupiter zal zijn geheimen niet zo lichtvaardig opgeven, lijkt het.”