Jowisz' s jaskrawo świecące zorze polarne mają tajemnicze źródło energii

po raz pierwszy w historii Sonda Juno NASA zauważyła elektrony wystrzeliwane w atmosferę Jowisza z prędkością do 400 000 woltów. To ogromna ilość energii, która daje początek świecącym zorzy polarnej planety. Te niezwykle wysokie napięcia są jednak zauważane tylko sporadycznie — i to rodzi pytania o to, co dokładnie kryje się za najbardziej żywymi światłami planety na biegunach.

odkrycie, szczegółowo opisane w badaniu opublikowanym dzisiaj w Nature, było możliwe dzięki instrumentom na pokładzie Juno, który okrąża Jowisza od nieco ponad roku, mijając bieguny bliżej niż jakikolwiek inny statek kosmiczny. Po części potwierdza to, czego oczekiwali astronomowie, ale pokazuje również, że zorze Jowisza zachowują się inaczej niż zorze ziemskie – poprzez procesy, których jeszcze w pełni nie rozumiemy.

zorze polarne, zarówno na ziemi, jak i Jowiszu, powstają, gdy naładowane cząstki, takie jak elektrony, spiralują wzdłuż linii pola magnetycznego planety, wchodząc do atmosfery i tworząc poświatę. Na Ziemi najbardziej intensywne zorze polarne są spowodowane burzami słonecznymi, które występują, gdy wysokoenergetyczne cząstki wyrzucone ze słońca padają na naszą planetę. Kiedy cząstki te wchodzą w atmosferę, oddziałują z gazami i sprawiają, że niebo świeci na biegunach na czerwono, zielono i niebiesko. Na Jowiszu zorze polarne są tworzone przez cząstki wyrzucane głównie z Io, księżyca planety. Wulkany Io wyrzucają ogromne ilości siarki i tlenu w Przestrzeń Kosmiczną, ładując pole magnetyczne Jowisza cząstkami.

na obu planetach elektrony są przyspieszane wzdłuż linii pola magnetycznego przez prądy elektryczne — podobne do prądu elektrycznego, który przechodzi przez gniazdo po podłączeniu ładowarki do telefonu. Na Ziemi źródłem energii jest wiatr słoneczny, który wystrzeliwuje elektrony o napięciu do 30 000 woltów. (Dla porównania, twoje gniazdo w USA ma 110-120 woltów.) Na Jowiszu, to superszybki obrót planety działa jak gigantyczny generator elektryczny, więc astronomowie spodziewali się, że elektrony będą emitowane przez bardzo wysokie napięcia również na Jowiszu. Ale nigdy wcześniej tego nie zaobserwowali, więc Juno dała astronomom tę możliwość po raz pierwszy.

„nigdy wcześniej nie lataliśmy nad biegunami Jowisza”, mówi Jonathan Nichols, profesor na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Leicester, który nie brał udziału w badaniach. „Juno opowiada nam o tych cząsteczkach po raz pierwszy.”

sonda znajduje się na niezwykle eliptycznej orbicie wokół Jowisza, przechodząc bardzo blisko biegunów co 53 dni. Do badania zorzy polarnej Jowisza sonda została wyposażona w kilka instrumentów, w tym Juno Energetic Particle Detector Instrument (JEDI). Sonda porusza się z prędkością około 30 mil na sekundę nad biegunami, więc pomiary muszą nastąpić w ciągu kilku sekund, mówi współautor badania Barry Mauk, lider JEDI i naukowiec z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, który wykonał instrument. „To było bardzo poważne wyzwanie”, mówi Mauk Verge. „Jesteśmy bardzo dumni z tego, że udało nam się to osiągnąć.”

podczas pierwszego przelotu nad zorzy polarnej Juno nie wykryła jednak wysokich napięć, których oczekiwali astronomowie. „Byliśmy bardzo zaskoczeni”, mówi Mauk. Następnie, podczas kolejnych przelotów, sonda w końcu wykryła sygnaturę elektronów odpalanych w atmosferze z taką samą energią-aż 400 000 woltów.

ciekawostką jest jednak to, że te wysokie napięcia nie zawsze istnieją, mówi Mauk. Są zauważane tylko sporadycznie. Czasami Juno dostrzega, że elektrony są odpalane w atmosferze różnymi energiami, w pozornie przypadkowy sposób. To, co powoduje to przypadkowe przyspieszenie elektronów przy różnych energiach — które tworzą bardzo jasne zorze polarne — jest tajemnicą, mówi Mauk.

„wydaje się, że zdjęcie nie jest tak wyraźne, jak myśleliśmy”, mówi Nichols The Verge. „Nie jestem pewien, jak można prowadzić zorze polarne tak jasne z tym konkretnym mechanizmem. Ale to jest coś, na co Juno będzie patrzyła w przyszłości.”

sonda będzie nadal latać obok biegunów Jowisza i za każdym razem, gdy to zrobi, zbiera dane. „Za każdym razem, gdy mamy spotkanie, widzimy różne rzeczy”, mówi Mauk. Mauk ma nadzieję, że kolejne obserwacje pomogą astronomom odpowiedzieć na pytania, dlaczego zorze polarne są tak zmienne i dlaczego czasami są silne, a czasami słabe.

celem nie jest jedynie zrozumienie procesów fizycznych zachodzących za zorzy polarnej na największej planecie Układu Słonecznego. Inne obiekty wokół wszechświata — jak pulsary, egzoplanety i białe karły-również mają pole magnetyczne, a także przyspieszają cząstki w sposób, który może przypominać Jowisza. ale Jowisz jest na naszym podwórku, więc jest właściwie dostępny. „Jowisz jest zainteresowany nie tylko sam w sobie, ale także mówi nam wiele o podobnych ciałach astrofizycznych, do których nie możemy dotrzeć za pomocą statków kosmicznych”, mówi Nichols.

a Juno już ujawnia, że na gazowym gigancie działają nieznane procesy. „To dla mnie bardzo ekscytujące, ponieważ oznacza, że mamy dużo więcej pracy do zrobienia, aby dowiedzieć się, co dokładnie się dzieje”, mówi Nichols. „Jowisz nie zdradzi swoich tajemnic tak lekko, jak się wydaje.”