На Юпитере есть волны, но не совсем такие, на которых могут кататься серферы. Эти плазменные волны намного интенсивнее, чем все, что падает на пляж.
Космический корабль НАСА «Юнона» постоянно сталкивается с огромными плазменными волнами, вращаясь вокруг Юпитера. Эти волны на самом деле известны как неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (KHI), и они возникают, когда плазма солнечного ветра взаимодействует с магнитопаузой планеты, внешним уровнем ее магнитного поля. Разница в скорости между магнитопаузой и солнечным ветром создает яростно закрученную волну — вихрь.
«Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца может наблюдаться на границе, отделяющей планетарное магнитное поле (магнитосферу) от потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечным ветром); эта граница известна как магнитопауза». Об этом говорится в исследовании, недавно опубликованном в Geophysical Research Letters.
Хотя ранее было известно, что эти явления происходят на Земле и других планетах, и предполагалось, что они происходят на Юпитере, они никогда не подтверждались на газовом гиганте, пока Юнона не заметила их. Зонд провел так много времени у магнитопаузы на рассветной стороне Юпитера, что смог наблюдать больше из них, чем любой другой космический корабль или телескоп. Теперь группа исследователей из Юго-Западного исследовательского института (SWRI) и Техасского университета в Сан-Антонио проанализировала данные Juno и подробно изучила волны.
Волны поднимаются
Как эти волны омывают пространство? Плазма, кишащая заряженными частицами, всегда разносится солнечным ветром по всей Солнечной системе и неизбежно взаимодействует с плазмой во внешних атмосферах планет.
Юпитер окружен вращающимся диском плазмы, который достигает его внешней магнитосферы. В этом месте на границе между магнитопаузой планеты и солнечным ветром возникает магнитное напряжение. Это напряжение приводит к тому, что плазма имеет региональные различия в скорости и направлении; это известно как сдвиг скорости.
Если сдвиг скорости превышает магнитное напряжение, граница магнитопаузы нарушается и начинают формироваться волны. Это может быть вызвано не только плазмой из внешнего источника, такого как звезда, — плазма из магнитопаузы также может попасть в плазму с уровня магнитосферы прямо под ней. Существует особый высокоскоростной сдвиговый поток между плазмой в магнитосфере Юпитера и его магнитослоем, который находится прямо над магнитопаузой. Этот сдвиг также вызывает возмущения.
Волны, возникающие от таких возмущений, начинают катиться, пока не превращаются в огромные вихри. Хотя волны KH наблюдались только на рассветной стороне Юпитера, они также могут формироваться на вечерней стороне.
«Периодические колебания предполагают, что космический корабль движется через волновую структуру, которая, возможно, представляет собой свернутый вихрь», — также говорится в исследовании исследовательской группы. «Космический корабль входит и выходит из магнитослоя и плазмы магнитосферы. [during its orbit]пересекая границу несколько раз».
Видеть невидимое
Юнона смогла обнаружить невидимые плазменные волны с помощью своих сверхчувствительных инструментов. Его Юпитерианский эксперимент по распределению полярных сияний (JADE) состоит из электронного блока и четырех датчиков, три из которых предназначены для поиска электронов, а один — для идентификации ионов, а второй — компонента плазмы. Сенсоры JADE способны регистрировать информацию об энергии и местоположении этих заряженных частиц, когда они проходят через плазму. Магнитометры в комплекте инструментов Juno Magnetic Field Investigation (MAG) измеряют силу магнитного поля Юпитера, которое определяет, может ли оно быть преодолено плазмой солнечного ветра и, следовательно, вызвать волну KH.
Считается, что закрученные плазменные волны, наблюдаемые Юноной, выталкивают больше заряженных частиц через магнитопаузу, а данные Юноны показали, что условия для формирования КН-волн в большинстве случаев были подходящими, когда они пересекали магнитопаузу на утренней стороне Юпитера. Это не обязательно означает, что волны были. Он собрал доказательства волн только на 19 пересечениях, поэтому все еще существует некоторая неопределенность в отношении того, как часто возникают волны при наличии правильных условий.
Плазменные волны, возникающие в результате неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, также можно найти в атмосфере Земли, но в большей степени они образуются над Юпитером. Оседлать невидимую волну по-прежнему было бы невозможно. Серферам лучше ловить огромные волны в Юпитере, Флорида.
Письма о геофизических исследованиях, 2023 г. DOI: 10.1029/2023GL102921.
Элизабет Рейн — существо, которое пишет. Ее работы появились на SYFY WIRE, Space.com, Live Science, Grunge, Den of Geek и Forbidden Futures. Когда она не пишет, она либо меняет форму, либо рисует, либо косплеит персонажа, о котором никто никогда не слышал. Подпишитесь на нее в Твиттере @quothravenrayne.
