Полярные сияния на Юпитере в рентгеновском диапазоне

Загадочное поведение полярных сияний на Юпитере говорит о том, что магнитное поле гиганта устроено сложнее, чем мы думали.

Полярные сияния, или авроры, возможны не только на Земле, но и на любой другой планете, у которой есть достаточно сильное магнитное поле и атмосфера. Такие сияния случаются, когда через планету проходит солнечный ветер – так называют поток разреженной плазмы, состоящий из свободных электронов и положительных ионов (то есть атомов, у которых не хватает одного или нескольких электронов).

Эти частицы, разгоняясь у магнитных полюсов планеты, «тормозят» об атмосферу, а атомы газов, из которых состоит атмосфера, поглощают энергию и переизлучают её в виде сияния. Цвета, интенсивность и высота сияния зависят от плотности и состава атмосферы, а так же силы магнитного поля планеты.

Одни из самых сильных аврор в Солнечной системе бушуют на Юпитере. Однако в отличие от земных полярных сияний, которые обычно окрашены в зелёный или красный цвета, юпитерианские авроры вообще не видны человеческому глазу: они сдвинуты в ультрафиолетовую и рентгеновскую часть спектра. Удивительная особенность аврор Юпитера заключается в том, что они возникают не только из-за солнечного ветра, но и из-за потоков частиц, выбрасываемых спутниками планеты: Ио, Ганимедом и Европой. Особенно сильно сказывается присутствие Ио, поскольку она вулканически активна и у нее есть своя ионосфера.

Инфракрасное изображение южного полярного сияния Юпитера.

Магнитное поле Юпитера сильнее земного примерно в 15 раз. Благодаря этому авроры на его полюсах образуют так называемые горячие точки. Размер такой «точки» на северном полюсе Юпитера превышает размер Земли. Она образуется за счёт высокозаряженных ионов кислорода, серы и, возможно, углерода, которые активно обмениваются зарядами. Раньше считалось, что горячая точка аврор есть только на северном полюсе Юпитера, где они сверкают в рентгеновском диапазоне. Однако недавно выяснилось, что  такие сияния есть и на южном полюсе.

Астрофизики из Имперского колледжа Лондона использовали данные с рентгеновских детекторов орбитальных спутников XMM-Newton и Chandra X-ray, полученные в 2007 и 2016 годах. Наблюдения показали, что северные и южные юпитерианские авроры пульсируют и изменяют свою яркость вразнобой, что расходится с нынешними представлениями о структуре магнитного поля Юпитера.

Северная аврора Юпитера: дальняя «запятая» слева связана с активностью на Ио, а точки в нижней части изображения соответствуют Европе и Ганимеду.

Почему так они себя так ведут, пока неясно, но эта неясность лишь подталкивает исследователей и дальше изучать магнитное поле планеты-гиганта и его взаимодействие со спутниками. Зонд Juno, который исследует атмосферу Юпитера, увы, не оснащён детекторами рентгеновского излучения. Тем не менее, астрофизики надеются разгадать тайну магнитного поля Юпитера и его аврор, сопоставив собранные Juno данные в видимом, инфракрасном и радио-диапазоне с новой информацией со спутниковых телескопов, которые способны «видеть» рентгеновские лучи.

Разобравшись с загадкой северных (и южных) сияний на Юпитере, астрофизики заодно смогут понять, что происходит на более удалённых планетах, на которых тоже бывают полярные сияния.