Рентгеновские лучи являются частью полярного сияния Юпитера - вспышек видимого и невидимого света, возникающих при взаимодействии заряженных частиц с атмосферой планеты. Подобное явление происходит на Земле, создавая северное сияние, но Юпитер намного мощнее, выделяя сотни гигаватт энергии, достаточной для кратковременного питания всей человеческой цивилизации.

Впервые астрономы увидели, как сжимается магнитное поле Юпитера, которое нагревает частицы и направляет их вдоль силовых линий магнитного поля вниз в атмосферу Юпитера, вызывая сияние рентгеновских лучей. Связь была установлена ​​путем объединения данных на месте миссии НАСА Juno с рентгеновскими наблюдениями, полученными с помощью XMM-Newton ЕКА. Предоставлено: ЕКА / НАСА / Яо / Данн.

В новом исследовании, опубликованном в Science Advances, исследователи объединили подробные наблюдения за окружающей средой Юпитера с помощью спутника НАСА Juno, который в настоящее время вращается вокруг планеты, с одновременными рентгеновскими измерениями, полученными обсерваторией XMM-Newton Европейского космического агентства (которая находится в Собственная орбита Земли).

Исследовательская группа, возглавляемая UCL и Китайской академией наук, обнаружила, что рентгеновские вспышки были вызваны периодическими колебаниями силовых линий магнитного поля Юпитера. Эти колебания создают волны плазмы (ионизированного газа), которые отправляют частицы тяжелых ионов \"серфинг\" вдоль силовых линий магнитного поля, пока они не врезаются в атмосферу планеты, высвобождая энергию в виде рентгеновских лучей.

Наложенные изображения полюса Юпитера со спутника НАСА Juno и рентгеновского телескопа NASA Chandra. Слева показана проекция северного рентгеновского сияния Юпитера (фиолетовый), наложенная на видимое изображение Северного полюса с помощью Junocam. Справа показан южный аналог. Предоставлено: НАСА Чандра / Джуно Волк / Данн.

Со-ведущий автор доктор Уильям Данн (Лаборатория космических исследований Университета Калифорнии в Малларде) сказал: «Мы видели, как Юпитер генерирует рентгеновское сияние в течение четырех десятилетий, но мы не знали, как это произошло. Мы знали только, что они образовались, когда ионы врезались в атмосферу планеты.

«Теперь мы знаем, что эти ионы переносятся плазменными волнами - объяснение, которое ранее не предлагалось, даже несмотря на то, что аналогичный процесс вызывает собственное полярное сияние Земли. Следовательно, это могло быть универсальным явлением, присутствующим во многих различных средах космоса ».

Рентгеновские сияния происходят на северном и южном полюсах Юпитера, часто с часовым механизмом - во время этого наблюдения Юпитер производил всплески рентгеновских лучей каждые 27 минут. Заряженные ионные частицы, попадающие в атмосферу, происходят из вулканического газа, извергающегося в космос из гигантских вулканов на спутнике Юпитера Ио.

Этот газ становится ионизированным (его атомы лишаются электронов) из-за столкновений в непосредственном окружении Юпитера, образуя бублик из плазмы, который окружает планету.

Были объяснены таинственные рентгеновские сияния Юпитера, положившие конец 40-летнему поиску ответа. Впервые астрономы увидели, как сжимается магнитное поле Юпитера, которое нагревает частицы и направляет их вдоль силовых линий магнитного поля вниз в атмосферу Юпитера, вызывая сияние рентгеновских лучей. Связь была установлена ​​путем объединения данных на месте миссии НАСА Juno с рентгеновскими наблюдениями, полученными с помощью XMM-Newton ЕКА. Предоставлено: ЕКА / НАСА / Яо / Данн.

Со-ведущий автор доктор Чжунхуа Яо (Китайская академия наук, Пекин) сказал: «Теперь мы определили этот фундаментальный процесс, есть множество возможностей для его дальнейшего изучения. Подобные процессы, вероятно, происходят вокруг Сатурна, Урана, Нептуна и, вероятно, экзопланет, с различными типами заряженных частиц, «бороздящих» волны ».

Соавтор, профессор Грациэлла Брандуарди-Раймонт (Лаборатория космических исследований UCL Mullard) сказала: «Рентгеновские лучи обычно производятся чрезвычайно мощными и жестокими явлениями, такими как черные дыры и нейтронные звезды, поэтому кажется странным, что их производят и сами планеты.

«Мы никогда не сможем посетить черные дыры, поскольку они находятся за пределами космических путешествий, но Юпитер уже совсем рядом. С прибытием спутника Юнона на орбиту Юпитера у астрономов появилась фантастическая возможность близко изучить среду, которая производит рентгеновские лучи ».

Для нового исследования исследователи проанализировали наблюдения Юпитера и окружающей его среды, которые непрерывно проводились в течение 26 часов с помощью спутников Juno и XMM-Newton.

Они обнаружили четкую корреляцию между волнами в плазме, обнаруженными Juno, и рентгеновскими полярными вспышками на северном полюсе Юпитера, зарегистрированными X-MM Newton. Затем они использовали компьютерное моделирование, чтобы подтвердить, что волны будут направлять тяжелые частицы к атмосфере Юпитера.

Почему силовые линии магнитного поля периодически колеблются, неясно, но эта вибрация может быть результатом взаимодействия с солнечным ветром или высокоскоростных потоков плазмы в магнитосфере Юпитера.

Магнитное поле Юпитера чрезвычайно сильное - примерно в 20 000 раз сильнее, чем у Земли, - и поэтому его магнитосфера, область, контролируемая этим магнитным полем, чрезвычайно велика. Если бы он был виден в ночном небе, он бы покрыл область, в несколько раз превышающую размер нашей Луны.