Bilde: Hubble-Teleskopet
Jupiter har den største og mektigste auroral vise i solsystemet. Så fantastisk som de er, men svært lite er kjent om disse dans viser av Sør-og Nord-lysene. En fersk undersøkelse av NASA ‘ s Juno romfartøy er å gi ny kunnskap om Jupiter er auroras—og det blir stadig mer klart at de ikke i det hele tatt liker hva vi forventet.
Ny forskning publisert i Naturen er dramatisk utvide og endre vår forståelse av hvordan Jupiter er auroras arbeid. Før den nye studien, forskere antatt at Jovian Sør-og Nord-Lysene operere i henhold til de samme prosessene som produserer sterke aurora på Jorden, men nye data fra Juno antyder er dette ikke tilfelle. I motsetning til vår planet, hvor polar aurora er utløst ved å akselerere elektroner, som på Jupiter er satt i gang av elektroner fanget i jordens enorme magnetiske felt. Den nye studien som reiser mange spørsmål som det svar, men forskere er endelig begynner å få et grep på de komplekse prosessene som produserer aurora på gass gigantene.
“I flere tiår vår forståelse av Jupiters auroral utslipp hadde lettelse opp nesten helt på eksterne observasjoner, for eksempel bilder tatt med Hubble-Teleskopet, og teoretiske argumenter som er basert på studier av Jordens aurora,” sa Marissa Vogt, en NSF postdoktorstipendiat i BU Center for Space Fysikk, som ikke var involvert i den nye studien, i et intervju med Gizmodo. “Vi visste at Jupiter har den smarteste auroral utslipp i solsystemet, og at aurora er meget dynamisk og har flere funksjoner som er forskjellig fra Jorden er aurora…Men, vi hadde aldri direkte observert prosessene som er ansvarlig for å produsere Jupiters auroral utslipp.”
Disse siste observasjonene ble gjort mulig ved NASA ‘ s Juno romfartøy, som nylig utført en passerte over planetens nordpol. Data som samles inn av sonden er Ultrafiolett Spektrograf (UVS) instrument viser at noen funky ting skjer i Jupiters atmosfære, og at vi har mye å lære om hvordan planeter samhandle med deres plass miljøer på sin egen individuelle måte.
GIF GIF viser en serie av bilder av Jupiter nordlige aurora, i tiden rundt emnet studerer og atskilt av 15 minutter, tatt med Juno Ultrafiolett Spektrograf (UVS) på den nordlige halvkule. (Bilde: G. Randy Gladstone)Jupiter er auroras er kraftige, for å si det mildt. Gassen giant ‘ s magnetisk felt, er det helheten som er kjent som magnetosfære, er ti ganger sterkere enn jordas. Det er også spins utrolig raskt, fullføre en revolusjon i ca 10 timer. Hva er mer, Jupiters måne Io bryter ut ganske ofte, ta ut tonnevis av materiale, dvs. plasma, i et område som blir forvandlet til ladde partikler. Jupiters magnetosfære er dermed rask og fullt av plasma, for å skape et miljø som er karakteristisk annerledes enn det en har sett rundt Jorden. Den ladde partikler og plasma spinne rundt Jupiter resultater i gas giant ‘ s kraftige auroras.
Likevel, forskere antatt at Jupiter er auroras ble produsert av prosesser som ligner på dem som gir sterk auroral utslipp på Jorden. Den nye studien, ledet av Barry Mauk fra Johns Hopkins University Anvendt Fysikk Laboratorium, gjør det klart at Jupiter er auroras danser i takt med en annen trommeslager.
Auroras på Jorden er produsert av interaksjoner mellom ladde partikler fra Solen som de kommer inn i atmosfæren, men de prosesser som produserer Sør-og Nord-Lysene kommer i både sterke og svake varianter. I sterk sak, intens eller “diskrete” aurora er produsert av akselerasjon av elektroner i magnetosfæren, mens i de svake tilfelle de er generert fra spredning av magnetisk fanget elektroner.
“Jupiter er relativt jevn viktigste aurora har en kraft tetthet som er så mye større enn Jorden, er at det har vært tatt for gitt at det må genereres i hovedsak av den diskrete auroral prosessen,” state forfatterne i den nye studien. Men Juno data ga ingen bevis til støtte for denne antagelsen. For å være rettferdig, Juno fant spor av å akselerere elektroner, men de så ikke ut til å være medvirkende til den intense aurora. Snarere, Juno viste bevis av de samme prosessene som produserer svakere aurora på Jorden bidra til auroras på Jupiter.
Opp til dette punktet, med andre romskip som reiser lenger unna Jupiter på baner nær ekvatorial-flyet, som for eksempel Galileo, forskere ikke har tilgang til disse auroral anti-regioner innenfor polar magnetosfære-regionen, og tvinger dem til å bruke teoretiske modeller for å fylle gapet mellom ekvatorial-fly og Jupiters atmosfære. Disse modellene, sier Denis Grodent, Direktør for Space sciences, Teknologier og Astrofysikk Forskning (STAR) Institutt ved Universitetet i Liège, i stor grad var påvirket av vår nåværende kunnskap om Jordens aurora.
“Vi måtte gjøre forutsetninger for Jupiter, og hva denne Arten papir viser er at, i denne sammenheng, var vi (delvis) feil,” Grodent fortalte Gizmodo. “Studien viser spesifikt at stokastiske prosesser dominerer over jevn prosesser, som er motsatt til Jorden hvor jevn prosesser lage de smarteste aurora.” Ved “stokastisk,” han refererer til kaotiske og i stor grad uforutsigbare prosesser som er churning i Jupiters magnetosfære.
GIF-EN rekonstruksjon av Juno reise rundt polene. (Bilde: Bertrand Bonfond)“Vi har ventet på—selv drømmer om—disse resultatene for mer enn et tiår,” sa Grodent, som ikke var involvert i den nye studien. “Dette er en av de viktigste temaene som motiverte Juno oppgave. Spesifisiteten av Juno er at, i motsetning til alle andre romskip, flyr på en polar bane med en perijove (det punktet av banen, der Juno er nærmest til Jupiter) skimming toppen av Jupiters atmosfære og flyr gjennom anti-regionen av partikler (hovedsakelig elektroner), som gir opphav til nordlys.”
Grodent sier dette markerer at det er første gang at forskere har vært i stand til å gjennomføre en slik undersøkelse, og at resultatene er å tvinge dem til å vurdere hva de har tatt for gitt. “Dette er et viktig trinn,” sa han.
Vogt er enig i, sier Juno er å samle de aller første målingene av energi og andre egenskaper av partikler som krasje inn i Jupiters øvre atmosfære, produsere nordlys.
“Disse målene er viktige fordi de kan være i forhold til våre forventninger fra teoretiske modeller og beregninger,” sa hun. “Juno er også noe som gjør vår første målinger av magnetfelt i polare strøk av Jupiters magnetosfære. Disse målingene er viktig fordi de kan fortelle oss om jordens dype indre så vel som i magnetosfæren og aurora.”
Alt dette fantastiske nye opplysninger til side, Vogt sier den nye studien er å heve en rekke nye spørsmål. Spesielt, hun ” liker å vite hvorfor data fra de siste perijove passerer, ser annerledes ut enn den første målinger gjort av Juno tidligere i år. Også denne studien viser noen likheter mellom Juno data og målinger av Jordens auroras, som å Vogt betyr at vi ikke fullt ut forstår hvilken grad den samme fysiske prosesser som opererer på begge planetene.
“Klart, Jupiter’ s aurora er full av overraskelser og jeg gleder meg til å se mer av denne fantastiske Juno data som oppdraget fortsetter,” sa Vogt.
[Arten]