Dynamiczna para: Niezależnie pulsujące zorze roentgenowskie Jowisza

  • Nowe obserwacje rentgenowskie pokazują, że zorze polarne na Jowiszu zachowują się inaczej na każdym biegunie.
  • To czyni je zagadkowymi bowiem zachowują się inaczej niż ziemskie (gdzie zorze polarne zachowuja się podobnie).
  • Najnowsze wyniki badań rentgenowskich rzucają wyzwanie obecnym modelom teoretycznym zorzy.
  • Naukowcy mają nadzieję połączyć dane Chandry, XMM-Newtona i Juno, aby dowiedzieć się więcej o źródle zorzy Jowisza.

Intensywne północne i południowe zorze Jowisza zachowują się niezależnie od siebie zgodnie z nowymi badaniami wykorzystującymi zdjęcia rentgenowskie Chandra NASA i XMM-Newton ESA.

Korzystając z obserwacji rentgenowskich XMM-Newton i Chandra zespół naukowców opracował mapy emisji promieniowania rentgenowskiego Jowisza i zidentyfikował gorącą plamę rentgenowską na każdym biegunie. Każdy gorący punkt może pokryć obszar równy około połowie powierzchni Ziemi.

Zespół odkrył, że gorące punkty mają bardzo różne charakterystyki. Emisja promieniowania rentgenowskiego na południowym biegunie Jowisza konsekwentnie pulsowała co 11 minut, ale promienie rentgenowskie widziane z bieguna północnego były nieregularne, zwiększając się i zmniejszając jasność – pozornie niezależną od emisji z bieguna południowego.

To sprawia, że ​​Jowisz jest szczególnie zagadkowy. Zorze promieni rentgenowskich nigdy nie zostały wykryte na innych gazowych olbrzymach Układu Słonecznego. Zachowanie zórz jest również inne niż na Ziemi, gdzie zorze na północnych i południowych biegunach naszej planety generalnie odzwierciedlają się wzajemnie, ponieważ pola magnetyczne są podobne.

Aby zrozumieć, w jaki sposób Jowisz produkuje zorze rentgenowskie, zespół naukowców planuje połączyć nowe i nadchodzące dane rentgenowskie z Chandry i XMM-Newton z informacjami z misji Juno NASA, która obecnie znajduje się na orbicie wokół Ziemi. Jeśli naukowcy będą mogli połączyć aktywność rentgenowską z obserwowanymi zmianami fizycznymi jednocześnie z Juno, będą mogli określić proces, który generuje zorze na Jowiszu i skojarzone zorze rentgenowskie na innych planetach.

Jedna z teorii, którą obserwacje X-ray i Juno mogą potwierdzić lub obalić, jest taka, że ​​zorze rentgenowskie Jowisza powstają w wyniku interakcji na granicy pola magnetycznego Jowisza, generowanego przez prądy elektryczne we wnętrzu planety, oraz wiatru słonecznego. Interakcje między wiatrem słonecznym a polem magnetycznym Jowisza mogą powodować wibracje i wytwarzanie fal magnetycznych. Naładowane cząstki mogą surfować po tych falach i zdobywać energię. Zderzenia tych cząstek z atmosferą Jowisza wytwarzają jasne błyski promieni X obserwowane przez Chandrę i XMM. W ramach tej teorii 11-minutowa przerwa reprezentowałaby czas, w którym fala będzie podróżować wzdłuż jednej z linii pola magnetycznego Jowisza.

Różnica w zachowaniu między jowiszowymi biegunami północnymi i południowymi może być spowodowana różnicą widoczności obu biegunów. Ponieważ pole magnetyczne Jowisza jest przechylone, jesteśmy w stanie zobaczyć o wiele więcej północnej zorzy niż południowej. Dlatego na biegunie północnym możemy obserwować obszary, w których pole magnetyczne łączy się z więcej niż jednym miejscem, z kilkoma różnymi czasami podróży, podczas gdy dla bieguna południowego możemy obserwować jedynie obszary, w których pole magnetyczne łączy się z jednym miejscem. To spowodowałoby, że zachowanie bieguna północnego wydaje się nieprzewidywalne w porównaniu do bieguna południowego.

Ważniejsze pytanie brzmi: w jaki sposób Jowisz dostarcza cząstkom w swojej magnetosferze ogromnych energii potrzebnych do produkcji promieni X? Część promieniowania rentgenowskiego obserwowanego w przypadku Chandry można wytworzyć tylko wtedy, gdy Jowisz przyśpiesza jony tlenu do tak wysokich energii, że gdy gwałtownie zderzają się z atmosferą, odrywa się wszystkie osiem elektronów. Naukowcy mają nadzieję ustalić, jaki wpływ na naszą planetę mają te cząstki, które zderzają się z biegunami planety z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę. Czy te wysokoenergetyczne cząstki wpływają na pogodę jowiszową i skład chemiczny jej atmosfery? Czy potrafią wyjaśnić anomalnie wysokie temperatury występujące w pewnych miejscach w atmosferze Jowisza? Oto pytania, na które Chandra, XMM-Newton i Juno mogą odpowiedzieć w przyszłości.

Artykuł opisujący te wyniki ukazał się 30 października w Nature Astronomy.

  • źródło: NASA Chandra X-Ray Observatory
  • ilustracja: X-ray: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al, Optical: South Pole: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran; North Pole: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

The Dynamic Duo: Jupiter’s Independently Pulsating X-ray Auroras

  • New X-ray observations show the auroras — northern or southern lights — on Jupiter behave differently at each pole.
  • This makes Jupiter puzzling and unlike Saturn (no known auroras) or Earth (where north and south pole auroras mirror one another).
  • These latest X-ray findings are challenging the current theoretical models that explain the Jovian auroras.
  • Scientists hope to combine Chandra, XMM-Newton, and Juno data to learn more about the source of Jupiter’s auroras.

Jupiter’s intense northern and southern lights, or auroras, behave independently of each other according to a new study using NASA’s Chandra X-ray and ESA’s XMM-Newton observatories.

Using XMM-Newton and Chandra X-ray observations from March 2007 and May and June 2016, a team of researchers produced maps of Jupiter’s X-ray emissions and identified an X-ray hot spot at each pole. Each hot spot can cover an area equal to about half the surface of the Earth.

The team found that the hot spots had very different characteristics. The X-ray emission at Jupiter’s south pole consistently pulsed every 11 minutes, but the X-rays seen from the north pole were erratic, increasing and decreasing in brightness — seemingly independent of the emission from the south pole.

This makes Jupiter particularly puzzling. X-ray auroras have never been detected from our Solar System’s other gas giants, including Saturn. Jupiter is also unlike Earth, where the auroras on our planet’s north and south poles generally mirror each other because the magnetic fields are similar.

To understand how Jupiter produces its X-ray auroras, the team of researchers plans to combine new and upcoming X-ray data from Chandra and XMM-Newton with information from NASA’s Juno mission, which is currently in orbit around the planet. If scientists can connect the X-ray activity with physical changes observed simultaneously with Juno, they may be able to determine the process that generates the Jovian auroras and by association X-ray auroras at other planets.

One theory that the X-ray and Juno observations may help to prove or disprove is that Jupiter’s X-ray auroras are caused by interactions at the boundary between Jupiter’s magnetic field, which is generated by electrical currents in the planet’s interior, and the solar wind, a high-speed flow of particles streaming from the Sun. The interactions between the solar wind and Jupiter’s magnetic field can cause the latter to vibrate and produce magnetic waves. Charged particles can surf these waves and gain energy. Collisions of these particles with Jupiter’s atmosphere produce the bright flashes of X-rays observed by Chandra and XMM. Within this theory the 11-minute interval would represent the time for a wave to travel along one of Jupiter’s magnetic field lines.

The difference in behavior between the Jovian north and south poles may be caused by the difference in visibility of the two poles. Because the magnetic field of Jupiter is tilted, we are able to see much more of the northern aurora than the southern aurora. Therefore for the north pole we may be able to observe regions where the magnetic field connects to more than one location, with several different travel times, while for the south pole we can only observe regions where the magnetic field connects to one location. This would cause the behavior of the north pole to appear erratic compared to the south pole.

A larger question is how does Jupiter give the particles in its magnetosphere (the realm controlled by Jupiter’s magnetic field) the huge energies needed to make X-rays? Some of the X-ray emission observed with Chandra can only be produced if Jupiter accelerates oxygen ions to such high energies that when they violently collide with the atmosphere all eight of their electrons are torn off. Scientists hope to determine what impact these particles, which crash into the planet’s poles at thousands of kilometers per second, have on the planet itself. Do these high-energy particles affect the Jovian weather and the chemical composition of its atmosphere? Can they explain the anomalously high temperatures found in certain places in Jupiter’s atmosphere? These are the questions that Chandra, XMM-Newton, and Juno may be able to help answer in the future.

A paper describing these results appeared in the October 30th issue of Nature Astronomy, led by William Dunn of the University College London. NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA’s Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra’s science and flight operations.

  • źródło: NASA Chandra X-Ray Observatory
  • ilustracja: X-ray: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al, Optical: South Pole: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran; North Pole: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *