Над полюсами Юпитера обнаружили уникальные плазменные бури

Астрономам удалось обнаружить на северном полюсе Юпитера ранее неизвестный тип плазменной волны, который может кардинально изменить наше понимание его магнитосферы и атмосферной динамики. Работа опубликована в Physical Review Letters. 

Что это за волна и почему она уникальна

Юпитер окружен гигантской «магнитной оболочкой» — магнитосферой, которая защищает планету от солнечного ветра и космического излучения. Недавние наблюдения зонда Juno показали, что в районе полюсов эта оболочка наполнена разреженной, но сильно намагниченной плазмой — особым состоянием вещества, где атомы распадаются на свободные электроны и ионы.

В этих регионах:

• концентрация электронов может быть крайне низкой — всего одна тысячная частица в одном кубическом сантиметре воздуха (10⁻³ см³). Для сравнения, в воздухе на уровне моря в таком объеме — миллиарды молекул.

• сила магнитного поля достигает 2 миллиТесла (или 20 гаусс). Это примерно в 40 раз сильнее, чем магнитное поле Земли на поверхности, которое составляет в среднем 0,5 гаусса (или 50 микротесла).

Для наглядности: если магнитное поле Земли можно сравнить с обычным бытовым магнитом на холодильнике, то поле Юпитера в этих регионах — это уже мощный промышленный магнит.

Такие экстремальные условия играют важную роль в формировании полярных сияний Юпитера и создают уникальные колебания плазмы — именно это и стало предметом нового открытия ученых.

В таких условиях классические представления о плазменных волнах искажаются. Обычно слабые плазменные возмущения — волны Альфвена (связанные с колебаниями ионов) и Лангмюра (электронные колебания) — действуют независимо, на разных частотах. Но здесь исследователи заметили гибрид, названный режим Альфвена–Лангмюра: при больших числах волн (коротких волнах) волна Альфвена приобретает свойства Лангмюра. Такая комбинация до сих пор не наблюдалась ни на одной планете или спутнике Солнечной системы. 

Исследователи объясняют это так: падающие пучки электронов, мощности от 1 кэВ до 2 МэВ, возбуждают эту волновую систему. 

1. Это открытие раскрывает новый режим плазмы, ранее не описанный в моделях. Его необходимо учесть при моделировании не только Юпитера, но и экзопланет с сильными магнитными полями, а также магнетароподобных звезд 

2. Плазменные волны напрямую связаны с полярными сияниями — потоками высокоэнергетичных частиц, создающих яркий свет вокруг полюсов. Юпитеровские сияния в сотни раз мощнее земных, и изучение новых волн поможет понять, как именно они возникают 

3. Это ключ к разгадке турбулентности в атмосфере Юпитера и даст информацию для будущих миссий и поиска жизни на экзопланетах.

Планетолог Й. Йоргенсен из Технического университета Дании сказал: «Свойства наблюдаемой плазмы действительно необычны, не обнаружены до и в других местах нашей Солнечной системы». А ведущий исследователь миссии Juno Скотт Болтон охарактеризовал Юпитер как «Розеттский камень нашей Солнечной системы» и отметил роль миссии как посредника в интерпретации его «голоса».

Запущенный в 2016 году аппарат Juno все еще работает. Первоначально планировалось завершить миссию в 2017 году, спустив корабль в атмосферу планеты, но продление миссии позволило ему исследовать северный полюс Юпитера, где и были сделаны эти открытия. Ориентировочно к сентябрю 2025 года Juno полностью войдет в атмосферу Юпитера. Однако данные, полученные им, будут анализироваться на протяжении многих лет. В дальнейшем на подходе миссия Europa Clipper, нацеленная на исследования Европы — спутника Юпитера — примерно в 2030 году.