12.7. Полярные сияния в атмосфере Юпитера
Мощные токи, протекающие в магнитосфере, служат причиной устойчивых полярных сияний вокруг планетарных полюсов, а также заметных колебаний в радиоизлучении. Полярные сияния Юпитера наблюдаются почти во всех частях электромагнитного спектра, включая инфракрасную, видимую, ультрафиолетовую и мягкую рентгеновскую.
[more]Аврора Юпитера – от сотен до тысяч раз более мощная, чем на нашей планете. Кроме того, пылающие кольца вокруг магнитных полюсов Юпитера – вдвое больше диаметра Земли!
На рис. 12.30 представлена комбинированная фотография Юпитера с полярными сияниями, составленная из фотографий космических телескопов «Хаббл» и «Чандра» (февраль 2007 года).
Рис. 12.30. Полярные сияния на Юпитере
Структура полярных сияний на Юпитере показана на рис. 12.31:
Рис. 12.31. Структура юпитерианских полярных сияний,
http://100facts.ru/samoe-interesnoe-o-planete-jupiter.html
Здесь мы видим основное кольцо, полярное излучение и пятна, возникшие как результат взаимодействия с естественными спутниками Юпитера.
Юпитер демонстрирует яркие устойчивые сияния вокруг обоих полюсов. В отличие от полярных сияний на Земле, появляющихся в периоды повышенной солнечной активности, полярные сияния Юпитера являются постоянными, хотя их интенсивность меняется изо дня в день и солнечная активность тоже оказывает на них свое влияние. Они состоят из трех главных компонентов: основной, наиболее яркой и сравнительно небольшой (менее 1000 км в ширину) области, расположенной примерно в 16° от магнитных полюсов, совпадающей с центром рентгеновского излучения; горячих пятен, представляющих собой следы магнитных силовых линий, соединяющих ионосферы спутников с ионосферой Юпитера; и области кратковременных выбросов, расположенных внутри основного кольца. Выбросы полярных сияний были обнаружены почти во всех частях электромагнитного спектра от радиоволн до рентгеновских лучей, однако они наиболее ярки в среднем инфракрасном диапазоне и глубокой ультрафиолетовой области спектра.
Положение основных авроральных колец устойчиво, как и их форма. Однако их излучение сильно модулируется давлением солнечного ветра: чем сильнее ветер, тем слабее полярные сияния. Стабильность сияний поддерживается большим притоком ускоренных электронов. Их порождает ток, который поддерживает синхронность вращения в магнитодиске. Проникая глубоко внутрь атмосферы, такие электроны ионизируют и возбуждают молекулярный водород, вызывая ультрафиолетовое излучение. Кроме того, они разогревают ионосферу, чем объясняется сильное инфракрасное излучение полярных сияний и частично нагрев термосферы.
Астрономы обнаружили в верхних слоях атмосферы над приполярными областями пульсирующие горячие пятна. Их существование и поведение не может объяснить ни одна из существующих теорий. Горячие пятна связаны с тремя Галилеевыми спутниками: Ио, Европой и Ганимедом. Они возникают, возможно, из-за того, что вращающаяся плазма замедляется вблизи спутников. Самые яркие пятна принадлежат Ио, поскольку этот спутник является основным поставщиком плазмы, пятна Европы и Ганимеда гораздо слабее.
Большое рентгеновское пятно
Такого рода исследования проводятся космическими телескопами, в частности, орбитальным рентгеновским телескопом «Чандра». Так в декабре 2000 года на полюсах Юпитера (главным образом, на Северном полюсе) обнаружен источник пульсирующего рентгеновского излучения, названный Большим рентгеновским пятном. Причины этого излучения пока представляют загадку.
Астрономы сообщают об обнаружении около Северного полюса Юпитера своеобразной «горячей точки», периодически (с периодом 45 мин.) испускающей потоки рентгеновских лучей.
На рис. 12.32 приводятся фотографии рентгеновской авроры на Северном полюсе Юпитера, возбужденной солнечными вспышками с сайта (1 и 2) , а также картина возбуждения полярной авроры в результате солнечных вспышек (3). Солнечная буря, как спусковой крючок, запускает рентгеновское северное сияние на Юпитере. Такая рентгеновская аврора в разы ярче обычной и в сотни раз сильнее северных сияний на нашей планете. Снимок 3 получен рентгеновским телескопом «Чандра». На нем видно неожиданно сильное рентгеновское излучение от юпитерианских полярных сияний, показанное искусственным фиолетовым цветом. Данные Чандры наложены на оптическое изображение, сделанное в совсем другое время космическим телескопом Хаббл. Это полярное сияние наблюдалось на Юпитере в октябре 2011 года, через несколько дней после мощного коронального выброса на Солнце.
Рис. 12.32. Юпитерианская аврора,
3 - http://science.ru-land.com/sites/default/files/nauka/4-4/e3c2aba00236.jpg
По фотографиям от 2 и 4 октября 2011 года (1 и 2) видно, что резкое увеличение яркости рентгеновской авроры недолговечно и спадает до обычной нормы вместе с прекращением солнечного шторма. Ниже (3) показано как выглядит магнитосфера Юпитера в момент такого мощного выброса рентгеновских лучей из зоны Северного полюса.
Информация, касающаяся рентгеновского источника вблизи Северного полюса, в том числе и рис. 12.33, заимствована с http://artefact-2007.blogspot.com/2012/04/14.html.
Космический рентгеновский телескоп «Чандра» наблюдал Юпитер в течение 10 часов 18 декабря 2000 года, когда зонд «Кассини» огибал эту планету на своем пути к Сатурну. Наблюдения показали, что большая часть рентгеновского полярного сияния Юпитера исходит из пульсирующего горячего пятна, которое располагается в фиксированном месте вблизи от северного магнитного полюса планеты. Раньше с помощью космических телескопов в районе пятен наблюдалось яркое инфракрасное и ультрафиолетовое, а также рентгеновское и гамма-излучение.
Рис. 12.33. Рентгеновский источник вблизи Северного магнитного полюса,
http://chandra.harvard.edu/photo/2002/0001/0001_xray_opt_uv_zoom.jpg
На протяжении последних двух десятилетий наблюдения с помощью спутников показывали, что где-то в районе полюсов на Юпитере происходит излучение рентгеновских лучей (как оказалось, и гамма-лучей тоже), связанное с полярным сиянием и излучением диска. По сведениям Алекса Десслера, физика из университета Аризоны, та же область планеты излучает необычные радиосигналы, вспышки ультрафиолетового света, а также инфракрасное излучение высокой интенсивности, и коррелирует с зоной магнитосферы Юпитера, которая выбрасывает вовне высокоэнергетические электроны. Все это может указывать на единую малоизученную связь между самыми дальними областями магнитосферы и особенностями магнитного поля у поверхности Юпитера.
Фотография, приведенная на рис. 12.33, показывает местоположение рентгеновского источника, мигающего каждые 45 минут около Северного магнитного полюса Юпитера. На снимке сложное изображение Юпитера, его сияющего кольца авроры (синее), и полярный импульс рентгеновского излучения (розовый). Источник пульсирует 15 раз в течение одного полного 10-часового вращения гигантской планеты. Периодичность процесса объяснить очень сложно. «45-минутные пульсации очень таинственны, ‒ говорит Рон Элснер, астроном в Центре космических полетов НАСА, – период дрейфует вперед и назад на несколько процентов. Это естественный процесс… Мы только не знаем, что это..». Взгляните на рис. 12.34.
Рис. 12.34. Фотография Юпитера в рентгеновских лучах и схема процессов, вызывающих активность сияний,
http://chandra.harvard.edu/photo/2005/jupiter/jupiter_xray_ill.jpg
На снимке телескопа «Чандра» (слева) видно рентгеновское свечение от высокоэнергетических ионов, врезающихся в атмосферу Юпитера в полярных районах. Заряженные частицы – это, в первую очередь, ионы кислорода и некоторых других элементов, потерявшие большинство своих электронов и разогнанные до высоких энергий в несколько миллионов вольт над полюсами гиганта. Такая мощная энергетика говорит о том, что сияния на Юпитере сильно отличаются от сияний, которые наблюдаются на Земле или на Сатурне.
Вторая иллюстрация (справа) демонстрирует возможный процесс, вызывающий такую активность сияний. Быстро вращающееся мощное магнитное поле Юпитера генерирует сильные электрические поля вокруг планеты. Частицы (белые точки) вулканического происхождения от Ио, дрейфуют в нем во внешние слои магнитного поля, создавая огромный запас ионов и электронов. Далее под воздействием того же магнитного поля частички разгоняются до огромных энергий (желтые точки) и попадают в полярные области гиганта. Таким образом, поддерживается постоянная светимость сияний.
Для выработки таких свечений требуется напряжение около 10 млн. Вольт и ток силой почти в 10 млн. Ампер, что в тысячи раз превосходит силу большинства земных полярных сияний.
(0)
