Billede: Esa ‘ S Hubble Space Telescope
Jupiter har den største og mest magtfulde auroral display i solsystemet. Så spektakulært som de er, dog, meget lidt er kendt om disse danse viser af det Sydlige og Nordlige lys. En nylig undersøgelse foretaget af NASA ‘ s Juno rumfartøjer er at give nye oplysninger om Jupiter er nordlys—og det bliver stadig mere klart, at de er overhovedet ikke kan lide, hvad vi havde forventet.
Ny forskning offentliggjort i Naturen er dramatisk at udvide og ændre vores forståelse af, hvordan Jupiter ‘ s nordlys arbejde. Forud for den nye undersøgelse har forskere antaget, at Jovian Sydlige og Northern Lights fungerer efter de samme processer, der frembringer stærk aurora på Jorden, men nye data fra Juno tyder på, at dette ikke er tilfældet. I modsætning til vores planet, hvor polar aurora er udløst ved at accelerere elektroner, dem der er på Jupiter er udløst af elektroner, der er fanget i jordens enorme magnetiske felt. Den nye undersøgelse rejser lige så mange spørgsmål som den besvarer, men forskerne er endelig begyndt at få styr på de komplekse processer, der producerer aurora på gas giganter.
“I årtier vores forståelse af Jupiter’ s auroral emissioner havde påberåbt næsten udelukkende på fjernbetjeningen observationer, som billeder taget med Hubble Space Telescope, og teoretiske argumenter, som er baseret på undersøgelser af Jordens aurora,” siger Marissa Vogt, en NSF postdoc-stipendiat i BU, Center for Plads Fysik, der var ikke involveret i den nye undersøgelse, i et interview med Gizmodo. “Vi vidste, at Jupiter har den klareste auroral emissioner i solsystemet, og at aurora er meget dynamisk og har en række funktioner, der er forskellige fra Jordens aurora…Men vi havde aldrig observeret direkte de processer, der er ansvarlige for at producere Jupiters auroral emissioner.”
Disse seneste observationer blev gjort muligt af NASA rumsonden Juno, der for nylig udført en forbiflyvning over planetens nordpol. Data, der indsamles ved den sonde, der er Ultraviolet Spectrograph (UVS) instrument, der viser, at nogle skægge ting, der foregår i Jupiters atmosfære, og at vi har masser at lære om, hvordan planeter interagere med deres plads miljøer i deres egen individuelle måde.
GIF GIF viser en række billeder af Jupiter ‘ s nordlige aurora, i tiden omkring det emne, undersøgelse og adskilt med 15 minutter, der er taget med Juno Ultraviolet Spectrograph (UVS) på den nordlige halvkugle. (Billede: G. Randy Gladstone)Jupiter ‘ s nordlys er stærke, for at sige det mildt. Gas-gigant ‘ s magnetiske felt, den helhed, der er kendt som magnetosfære, er ti gange stærkere end Jordens. Det er også spin, utrolig hurtigt, fuldføre en omdrejning på omkring 10 timer. Hvad mere er, Jupiters måne Io opstår relativt ofte, fjernelse af tonsvis af materiale, dvs plasma, i rum, der bliver forvandlet til ladede partikler. Jupiters magnetosfære er således hurtigt og fuld af plasma, skabe et miljø, der er karakteristisk anderledes end den, der ses omkring Jorden. De ladede partikler og plasma-spinning omkring Jupiter resultater i gas-gigant ‘ s stærke nordlys.
Alligevel har forskere antaget, at Jupiter er nordlys, der blev produceret af processer, der ligner dem, der giver stærke auroral udledning på Jorden. Den nye undersøgelse, ledet af Barry Mauk fra Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, gør det klart, at Jupiter er nordlys danse til beat af en anden trommeslager.
Nordlys på Jorden er produceret af vekselvirkninger mellem ladede partikler fra Solen, når de kommer ind i atmosfæren, men de processer, der frembringer den Sydlige og Nordlige Lys kommer i både stærke og svage sorter. I stærk sag, intens eller “diskret” aurora er produceret af acceleration af elektroner i magnetosfære, der henviser til, at i er svage, hvis de bliver genereret fra spredningen af magnetisk-fanget elektroner.
“Jupiter’ s relativt stabil vigtigste aurora har en styrke, tæthed, der er så meget større end Jordens, at det har været taget for givet, at det skal genereres primært af den diskrete auroral proces,” state forfattere i den nye undersøgelse. Men Juno data, der tilbydes ingen beviser til støtte for denne antagelse. For at være fair, Juno gjorde, find spor til at accelerere elektroner, men de kunne ikke vises for at være medvirkende til den intense aurora. Snarere, Juno viste tegn på de samme processer, der producerer svagere aurora på Jorden, der bidrager til nordlys på Jupiter.
Indtil dette punkt, med andre rumfartøjer, der rejser længere væk fra Jupiter på baner tæt på den ækvatoriale plan, som Galileo, forskere ikke har adgang til disse auroral acceleration regioner inden for den polare magnetosfære-regionen, ved at tvinge dem til at anvende teoretiske modeller til at udfylde hullet mellem de ækvatoriale plan og Jupiters atmosfære. Disse modeller, siger Denis Grodent, Direktør for Space sciences, Teknologi og Astrophysics Research (STJERNE) Institut ved University of Liège, var i høj grad påvirket af vores nuværende viden om Jordens aurora.
“Vi var nødt til at gøre antagelser om Jupiter, og hvad denne Art papir viser, at der i den forbindelse blev vi (delvist), forkert,” Grodent fortalte Gizmodo. “Den undersøgelse, der specielt viser, at for stokastiske processer til at dominere over stadige processer, som er det modsatte af Jorden, hvor stabil processer skabe den dygtigste aurora.” Ved “stokastisk,” er han med henvisning til en kaotisk og stort set uforudsigelige processer, der er churning i Jupiters magnetosfære.
GIF-EN rekonstruktion af Juno ‘ s rejse omkring polerne. (Billede: Bertrand Bonfond)“Vi har ventet på—selv drømmer om—disse resultater for mere end et årti,” sagde Grodent, der ikke var involveret i den nye undersøgelse. “Dette er et af de vigtigste emner, der motiverede den Juno-mission. Specificiteten af Juno er, at i modsætning til alle andre rumfartøjer, det er at flyve på et polar bane med en perijove (det punkt på banen, hvor Juno er tættest på Jupiter) skumme toppen af Jupiters atmosfære, der fører gennem acceleration region af ladede partikler (hovedsagelig elektroner), der giver anledning til aurora.”
Grodent siger, at det er første gang nogensinde, at forskere har været i stand til at foretage en sådan undersøgelse, og at de resultater, der tvinger dem til at gennemgå, hvad de har taget for givet. “Dette er et vigtigt skridt,” sagde han.
Vogt er enig, siger Juno er at indsamle de første målinger af energi og andre egenskaber af de partikler, der går ned i Jupiters øvre atmosfære, der producerer aurora.
“Disse målinger er vigtige, fordi de kan være i forhold til vores forventninger fra teoretiske modeller og beregninger,” sagde hun. “Juno er også at gøre vores første målinger af den magnetiske felt i den polare region af Jupiters magnetosfære. Disse målinger er vigtige, fordi de kan fortælle os om jordens dybe indre, såvel som den magnetosfære og aurora.”
Alt dette vidunderlige nye oplysninger til side, Vogt siger, at den nye undersøgelse er at hæve en masse nye spørgsmål. Specielt, hun gerne vide, hvorfor data fra den seneste perijove passerer se anderledes ud end den første måling foretaget af Juno tidligere i år. Også denne undersøgelse viser nogle ligheder mellem Juno data og målinger af Jordens nordlys, som at Vogt betyder, at vi ikke fuldt ud forstår, i hvilken udstrækning de samme fysiske processer, der opererer på begge planeter.
“Det er klart, Jupiter’ s aurora er fuld af overraskelser, og jeg ser frem til at se mere af dette fantastiske Juno data, som missionen fortsætter,” sagde Vogt.
[Naturen]