Астрономы наблюдают за плазменным шоу в атмосфере Юпитера
Космический аппарат НАСА Juno, двигаясь по орбите Юпитера, постоянно наталкивается на огромные плазменные волны. Эти волны известны как неустойчивости Кельвина-Гельмгольца и возникают при взаимодействии плазмы солнечного ветра с магнитопаузой планеты — внешним слоем её магнитного поля. Разница в скоростях магнитопаузы и солнечного ветра создаёт мощную волну, или вихрь.
«Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца может наблюдаться на границе, отделяющей магнитное поле планеты (магнитосферу) от потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечного ветра); эта граница известна как магнитопауза», — говорится в исследовании, опубликованном недавно в журнале Geophysical Research Letters.
Ранее было известно, что эти явления происходят на Земле и других планетах, и предполагалось, что они происходят на Юпитере. Но их наличие на газовом гиганте не было подтверждено — до того, как «Юнона» их заметила. Зонд провёл так много времени у магнитопаузы на рассветной стороне Юпитера, что смог наблюдать их больше, чем любой другой космический аппарат или телескоп. Теперь группа исследователей из Юго-Западного исследовательского института и Техасского университета в Сан-Антонио проанализировала данные Юноны и детально изучила волны.
Плазма, кишащая заряженными частицами, постоянно рассеивается по Солнечной системе солнечным ветром и неизбежно вступает во взаимодействие с плазмой во внешних атмосферах планет. Юпитер окружён вращающимся диском плазмы, который достигает его внешней магнитосферы. В этом месте на границе магнитопаузы планеты и солнечного ветра возникает магнитное напряжение. Это напряжение приводит к тому, что плазма имеет региональные различия в скорости и направлении движения, что называется сдвигом скоростей.
Если сдвиг скоростей превышает магнитное напряжение, то граница магнитопаузы нарушается, и начинают формироваться волны. Это может происходить не только с плазмой из внешнего источника, например звезды, но и с плазмой из магнитопаузы, расположенной на уровне магнитосферы непосредственно под ней. Существует особый высокоскоростной сдвиговый поток между плазмой в магнитосфере Юпитера и его магнитооболочкой, которая находится прямо над магнитопаузой. Этот сдвиг и вызывает возмущения.
Волны, возникающие при таких возмущениях, начинают сворачиваться и в итоге превращаются в огромные вихри. Хотя волны KH наблюдались только на рассветной стороне Юпитера, возможно, что они образуются и на сумеречной стороне.
«Периодические колебания позволяют предположить, что космический аппарат движется через волновую структуру, которая, возможно, представляет собой свёрнутый вихрь», — говорится также в исследовании. «Космический аппарат во время движения по орбите входит и выходит из магнитосферы и плазмы магнитосферы, несколько раз пересекая границу».
С помощью сверхчувствительных приборов Юноне удалось обнаружить невидимые в других условиях плазменные волны. Эксперимент Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) состоит из электронного блока и четырёх датчиков: трёх для поиска электронов и одного для определения ионов — другого компонента плазмы. Датчики JADE способны регистрировать информацию об энергии и местоположении этих заряженных частиц при прохождении через плазму. Магнитометры, входящие в набор приборов для исследования магнитного поля (MAG) Юноны, измеряют силу магнитного поля Юпитера, что определяет, может ли оно быть преодолено плазмой солнечного ветра и, следовательно, вызвать волну.
Завихрения плазменных волн, наблюдаемые Юноной, как предполагается, проталкивают больше заряженных частиц через магнитопаузу, и данные Юноны показали, что в большинстве случаев, когда аппарат пересекал магнитопаузу на рассветной стороне Юпитера, условия были благоприятными для образования волн Кельвина-Гельмгольца. Однако это не означает, что волны действительно возникли. Аппарат «Юнона» обнаружил признаки волн только в 19 пересечениях, так что остаётся некоторая неопределённость в вопросе о том, как часто возникают волны при наличии соответствующих условий.
