Цивилизация
Международный коллектив астрофизиков, возглавляемый учеными из Университетского колледжа Лондона и Китайской академии наук, установил причину, по которой Юпитер каждые несколько минут производит мощные вспышки рентгеновских лучей. Об этом сообщается в журнале Science Advances.
Как поясняют сами исследователи, рентгеновские вспышки являются частью полярных сияний Юпитера — видимого и невидимого света, возникающих при взаимодействии заряженных частиц с атмосферой планеты. Подобное явление, отмечают ученые, происходит и на Земле в виде северного и южного сияний.
Однако на Юпитере полярные сияния намного мощнее — высвобождает сотни гигаватт энергии. Одни только рентгеновские сияния излучают около 1 ГВт, что эквивалентно мощности, которую производит средняя электростанция на Земле в течение нескольких дней.
Чтобы раскрыть механизм появления мощных рентгеновских вспышек на Юпитере ученые объединили данные сразу с нескольких космических аппаратов. Специально для наблюдений за этой планетой NASA в 2011 году запустило автоматическую межпланетную станцию «Юнона» (Juno), которая в настоящее время находится на орбите Юпитера. Также в работе международного коллектива были использованы данные, полученные европейско-американской космической рентгеновской обсерваторией XMM-Newton. Этот аппарат, оснащенный тремя мощными рентгеновскими телескопами, работает на орбите Земли с конца 1999 года.
В ходе исследования ученые в течение 26 часов непрерывно наблюдали за Юпитером и его атмосферой. Они установили прямую связь между плазменными волнами, обнаруженными «Юноной» и рентгеновскими вспышками на северном полюсе Юпитера, зарегистрированными обсерваторией XMM-Newton. Затем с помощью компьютерного моделирования они убедились, что волны плазмы направляют тяжелые частицы к атмосфере планеты.
В результате астрофизикам удалось установить, что рентгеновские вспышки возникают из-за периодических колебаний силовых линий магнитного поля Юпитера. Эти колебания в свою очередь производят волны плазмы (ионизированного газа). Частицы тяжелых ионов «плывут» вдоль силовых линий магнитного поля и врезаются в атмосферу планеты, высвобождая энергию в виде рентгеновских лучей.
«Четыре десятилетия мы наблюдали, как Юпитер производит рентгеновское сияние, но мы не знали, как именно это происходит. Мы только понимали, что вспышки появлялись в результате столкновения ионов с атмосферой планеты. Теперь мы знаем, что эти ионы переносятся волнами плазмы. Это объяснение ранее не рассматривалось. Хотя аналогичный процесс вызывается полярным сиянием на Земле. Следовательно, это можно считать универсальным явлением, присутствующим во многих различных средах в космосе», — заявил один из ведущих авторов статьи доктор Уильям Данн из Лаборатории космических исследований Малларда при Университетском колледже Лондона.
Известно, что рентгеновские вспышки на Юпитере происходят со строгой периодичностью, в момент наблюдений они фиксировались каждые 27 минут.
Выяснилось, что заряженные частицы, попадающие в атмосферу, возникают на луне Юпитера Ио. Они извергаются в космос из её гигантских вулканов.
Как поясняют исследователи, произведенный луной Юпитера газ становится ионизированным — его атомы лишаются электронов. Ударяясь об атмосферу планеты, газ накапливается вокруг Юпитера в виде слоя плазмы, похожего по форме на пончик.
Впервые астрономы увидели, как сжимается магнитное поле Юпитера, которое нагревает частицы и направляет их вдоль силовых линий магнитного поля вниз в атмосферу планеты, вызывая вспышки рентгеновского излучения.
«Теперь мы определили этот фундаментальный процесс, и появляется множество возможностей для его дальнейшего изучения. Подобные процессы, предположительно, также происходят вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, вероятно, вокруг экзопланет с различными типами «плывущих по волнам» заряженных частиц», — считает один из ведущих авторов исследования доктор Яо Чжунхуа из Китайской академии наук.
Ученые отмечают, что обычно рентгеновские вспышки возникают в космосе в результате мощных явлений, связанных с черными дырами или нейтронными звездами.
Теперь же исследователи убедились в том, что такие вспышки могут производить и сами планеты.
«Мы никогда не сможем долететь до черных дыр, поскольку они находятся слишком далеко, но Юпитер находится рядом. С прибытием спутника «Юнона» на орбиту Юпитера у астрономов появилась фантастическая возможность близко изучить атмосферу, которая производит рентгеновские лучи», — подытожила один из авторов работы, профессор Грациэлла Брандуарди-Раймонт из Лаборатории космических исследований Малларда при Университетском колледже Лондона.