Księżyce Jowisza mogą mieć zaskakujący wpływ na światową widoczność zorzy polarnej, „deptając” gigantyczne środowisko magnetyczne planety.
Te zaskakujące efekty, odkryte podczas obserwacji z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), obejmują zimne miejsce w atmosferze Jowisza i szybki wzrost gęstości naładowanych cząstek.
Kontynuacja artykułu poniżej
Jowisza światła zorzy powstają w podobny sposób jak na Ziemi, jako naładowane cząstki poruszające się po powierzchni Ziemi wiatr słoneczny uderzają w pole magnetyczne Jowisza i są kierowane w dół, w stronę biegunów gazowego olbrzyma. Kiedy dostają się do atmosfery, zderzają się z atomami i cząsteczkami, powodując ich świecenie. Jednakże, wchodząc w interakcję z polem magnetycznym Jowisza, jego cztery największe księżyce – tzw Księżyce galileuszowe Io, Europy, Ganimedes I Kalisto — może pozostawić ślad na zorzy polarnej.
Ślady są pogłębione przez zjawisko znane jako Torus Plazmowy Io. Io jest układ słonecznynajbardziej wulkaniczne ciało Jowisza, a jego wulkany wyrzucają tony naładowanych cząstek, które dryfują na orbitę wokół Jowisza, tworząc torus plazmowy utrzymywany w miejscu przez pole magnetyczne Jowisza. Gdy księżyce galileuszowe krążą wokół Jowisza, wchodzą w interakcję z torusem plazmowym i polem magnetycznym, kierując jony w stronę atmosfery Jowisza, przyczyniając się do powstania zorzy polarnej i generując prądy elektryczne, które wpływają na jasność śladów zorzy polarnej.
Poprzednie pomiary na wielu długościach fal pozwoliły sprawdzić, jak jasna może stać się zorza polarna i ślady jej stóp. Jednak we wrześniu 2023 roku Henrik Melin i Tom Stallard z Northumbrii wykorzystali tę kamerę do wykonania zdjęć obszaru na Jowiszu, gdzie w polu widzenia pojawiały się zjawiska zorzy polarnej. Obserwując krawędź dysku Jowisza, JWST był w stanie zbadać boczny profil atmosfery Jowisza bezpośrednio pod zorzą polarną.
Kiedy Knowles przeanalizowała te dane, odkryła coś nieoczekiwanego.
JWST wykonał pięć zdjęć, a w czterech z nich wszystko wyglądało normalnie. Jednak na jednym zdjęciu w atmosferze pod zorzą polarną powiązaną ze śladem Io pojawiła się zimna plama. Podczas gdy reszta zorzy polarnej miała stałą temperaturę 919 stopni Fahrenheita (493 stopni Celsjusza), zimny punkt miał „zaledwie” 509 stopni Fahrenheita (265 stopni Celsjusza).
Gęstość jonów napływających do górnych warstw atmosfery, które zasilają zorzę polarną wokół zimnego miejsca, była również znacznie wyższa niż kiedykolwiek wcześniej mierzono. Szczególnie obficie występującym jonem był kation trójwodorowy (H3+), a gęstość jonów była średnio trzy razy większa niż w pozostałej części zorzy. Co więcej, w zimnym miejscu gęstość może różnić się nawet 45 razy na tak małym obszarze.
„Odkryliśmy ekstremalną zmienność zarówno temperatury, jak i gęstości w obrębie śladu zorzy Io, która występowała w skali minut” – powiedział Knowles. „To mówi nam, że przepływ wysokoenergetycznych elektronów uderzających w atmosferę Jowisza zmienia się niezwykle szybko”.
Światła zorzowe Jowisza są najpotężniejsze w Układzie Słonecznym, ale nie są jedynymi światłami zorzowymi obecnymi w naszym zakątku sąsiedztwa. Oczywiście są ziemskie zorze polarne – ale ziemskie księżyc nie pozostawia śladu na zorzy polarnej naszej planety, ponieważ nie oddziałuje wystarczająco silnie z ziemskim polem magnetycznym. Jednakże, Saturnksiężyc Enceladusktóry wyrzuca cząstki w przestrzeń kosmiczną za pośrednictwem swoich wodnych gejzerów, faktycznie wpływa na zorzę polarną na planecie z pierścieniami. Jest zatem możliwe, że to zjawisko zimnego punktu występuje również tam.
„Ta praca otwiera zupełnie nowe sposoby badania nie tylko Jowisza i jego innych księżyców galilejskich, ale potencjalnie innych planet-olbrzymów i ich układów księżycowych” – powiedział Knowles. „Widzimy, jak atmosfera Jowisza reaguje na ruchy swoich księżyców w czasie rzeczywistym, co daje nam wgląd w procesy zachodzące w całym Układzie Słonecznym, a być może dalej”.
Jednakże pozostają pytania.
Na przykład zimny punkt był widoczny tylko na jednym zdjęciu. Jak często występują, co powoduje ich włączanie i wyłączanie oraz jaki wpływ na nie mają warunki panujące w środowisku magnetycznym Jowisza?
Knowles już szuka odpowiedzi. W styczniu 2026 roku przyznano jej czas w należącym do NASA teleskopie na podczerwień na Mauna Kea na Hawajach, aby śledzić różne ślady zorzy polarnej przez sześć nocy podczas ich rotacji wraz z planetą, a obecnie analizuje dane.
Obserwacje JWST zostały opisane w artykule opublikowanym 3 marca w czasopiśmie Listy z badań geofizycznych.
