Спутники Юпитера «топчут» его полярное сияние: Телескоп Уэбба обнаружил загадочное холодное пятно

Спутники Юпитера могут оказывать удивительное воздействие на величественные полярные сияния газового гиганта, буквально «утрамбовывая» его гигантскую магнитную среду. Эти неожиданные эффекты, зафиксированные в наблюдениях космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), включают появление холодного пятна в атмосфере Юпитера и резкое увеличение плотности заряженных частиц.

«Спутники постоянно взаимодействуют с магнитным полем и плазмой, окружающей планету. Это взаимодействие приводит к тому, что высокоэнергетические частицы движутся вдоль линий магнитного поля и врезаются в атмосферу планеты, создавая авроральные следы, которые указывают на те места, где спутники обращаются вокруг Юпитера», — объяснила Кэти Ноулз, аспирантка-исследователь Университета Нортумбрии в Великобритании.

Полярные сияния Юпитера формируются схожим с земными образом: заряженные частицы, движущиеся с солнечным ветром, врезаются в магнитное поле Юпитера и направляются к полюсам газового гиганта. Входя в атмосферу, они сталкиваются с атомами и молекулами, заставляя их светиться. Однако, взаимодействуя с магнитным полем Юпитера, его четыре крупнейших спутника — галилеевы луны Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — могут оставлять свой отпечаток на этом сиянии.

Эти следы усиливаются явлением, известным как Ионический плазменный тор. Ио — самое вулканически активное тело Солнечной системы. Его вулканы выбрасывают тонны заряженных частиц, которые дрейфуют на орбиту вокруг Юпитера, формируя плазменный тор, удерживаемый магнитным полем планеты. Когда галилеевы спутники обращаются вокруг Юпитера, они взаимодействуют с этим тором и магнитным полем, направляя ионы в атмосферу Юпитера. Это способствует полярным сияниям и генерирует электрические токи, которые влияют на яркость авроральных следов.

Предыдущие многоволновые измерения отслеживали, насколько яркими могут становиться полярные сияния и эти следы. Однако в сентябре 2023 года Хенрик Мелин и Том Стэллард из Нортумбрийского университета использовали JWST, чтобы сделать снимки области на Юпитере, где авроральные события попадали в поле зрения по мере вращения планеты. Наблюдая за краем диска Юпитера, телескоп смог исследовать профиль атмосферы Юпитера непосредственно под сиянием.

Когда Ноулз проанализировала эти данные, она обнаружила нечто неожиданное. JWST сделал пять снимков, и на четырех из них все выглядело нормально. Но на одном снимке под сиянием, связанным со следом Ио, появилось холодное пятно. В то время как остальная часть сияния имела стабильную температуру около 493 градусов Цельсия, температура холодного пятна составляла «всего лишь» 265 градусов Цельсия.

Плотность ионов, втекающих в верхние слои атмосферы и питающих сияние вокруг холодного пятна, также была намного выше, чем когда-либо измерялось прежде. Особенно обильным был ион триводорода (H3+), и его плотность в среднем была в три раза выше, чем в остальной части сияния. Более того, в пределах самого холодного пятна плотность могла варьироваться в 45 раз на этом небольшом участке.

«Мы обнаружили экстремальную изменчивость как температуры, так и плотности в пределах аврорального следа Ио, которая происходила в масштабе минут, — сказала Ноулз. — Это говорит нам о том, что поток высокоэнергетических электронов, врезающихся в атмосферу Юпитера, меняется невероятно быстро».

Полярные сияния Юпитера — самые мощные в Солнечной системе, но они не единственные в нашем уголке космоса. Разумеется, есть земные сияния, но наша Луна не оставляет следа на них, поскольку недостаточно сильно взаимодействует с магнитным полем Земли. Однако спутник Сатурна Энцелад, выбрасывающий частицы в космос через свои водяные гейзеры, действительно влияет на сияния окольцованной планеты. Поэтому вполне возможно, что феномен холодного пятна существует и там.

«Эта работа открывает совершенно новые способы изучения не только Юпитера и его других галилеевых спутников, но, потенциально, и других планет-гигантов и их систем лун, — отметила Ноулз. — Мы видим, как атмосфера Юпитера реагирует на свои спутники в реальном времени, что дает нам представление о процессах, происходящих во всей нашей Солнечной системе и, возможно, за ее пределами».

Однако вопросы остаются. Например, холодное пятно было замечено только на одном изображении. Как часто они возникают? Что заставляет их появляться и исчезать? Как на них влияют условия в магнитной среде Юпитера?

Ноулз уже ищет ответы. В январе 2026 года ей было предоставлено время для работы на Инфракрасном телескопе NASA (IRTF) на Мауна-Кеа на Гавайях. В течение шести ночей она отслеживала различные авроральные следы по мере их вращения вместе с планетой и в настоящее время анализирует полученные данные.

Наблюдения JWST описаны в статье, опубликованной 3 марта в журнале Geophysical Research Letters.

Поиск новых холодных пятен

Обнаружение этого аномального явления ставит перед планетологами ряд захватывающих задач. Если холодные пятна действительно являются результатом взаимодействия спутников с верхними слоями атмосферы, то их изучение может пролить свет на то, как энергия передается от магнитного поля к газовой оболочке планеты. Особый интерес представляет вопрос, существуют ли подобные пятна в следах других галилеевых спутников — Европы, Ганимеда и Каллисто. Каждый из них находится в разных условиях плазменного окружения, и их влияние на сияния может кардинально отличаться от воздействия вулканической Ио.

Кроме того, понимание этих процессов важно для экзопланетных исследований. Астрономы все чаще обнаруживают полярные сияния на далеких мирах, и изучение механизмов взаимодействия спутников и планет-гигантов в нашей системе поможет правильно интерпретировать данные о системах, находящихся за десятки световых лет от нас. Таким образом, холодное пятно над следом Ио — это не просто любопытная аномалия, а ключ к разгадке сложных и динамичных процессов, управляющих атмосферами планет во Вселенной.