Misterul vechi de 40 de ani cu privire la originea aurorelor de radiaţii X din atmosfera planetei Jupiter a fost dezlegat de astronomii Agenţiei Spaţiale Europene (ESA), care au putut observa, pentru prima oară, întregul mecanism aflat în spatele acestui fenomen, care se poate produce în multe alte regiuni ale Universului, conform unui comunicat publicat de ESA.
Conform ESA, aceste aurore sunt declanşate de ionii (particule cu sarcină electrică) care ajung în atmosfera lui Jupiter. Deşi aceste spectaculoase aurore sunt studiate de decenii, oamenii de ştiinţă nu cunoşteau modul în care ionii ajung în atmosfera giganticei planete gazoase.
De această dată, în premieră, cercetătorii au putut observa ionii capturaţi de câmpul electromagnetic al planetei şi purtaţi de liniile de câmp magnetic până în atmosfera sa.
Indiciile care au dus la această descoperire provin dintr-o nouă analiză a datelor obţinute de telescopul XMM-Newton, aparţinând ESA, şi de către sonda Juno, aparţinând NASA. Amplasat pe orbita terestră, telescopul XMM-Newton desfăşoară observaţii de la distanţă în spectrul radiaţiilor X. Sonda Juno, de cealaltă parte, se află pe orbita lui Jupiter, de unde preia date din interiorul câmpului magnetic al giganticei planete.
Primul indiciu a fost descoperit de unul dintre coordonatorii noului studiu, Zhonghua Yao, de la Institutul pentru Geologie şi Geofizică din cadrul Academiei Chineze de Ştiinţe.
Pe Pământ, aurorele sunt vizibile doar pe o centură îngustă din jurul polilor magnetici, între 65 şi 80 de grade latitudine. Dincolo de latitudinea de 80 de grade, emisiile aurorale dispar, pentru că la aceste latitudini liniile de câmp magnetic se despart de Pământ şi se conectează la câmpul magnetic al vântului solar – fluxul constant de particule încărcate electric ce este emis de Soare. Acestea poartă denumirea de linii de câmp deschise şi, conform teoriei, nici în regiunile polare ale planetelor Jupiter sau Saturn nu ar trebui să fie prezente aurore.
Aurorele planetelor gigantice nu respectă însă această teorie. Ele apar la latitudini mai mari decât cele obişnuite, pulsează în mod regulat şi uneori se pot manifesta diferit la polul nord faţă de polul sud al planetei. Acestea sunt manifestări tipice ale unui câmp magnetic închis – unde liniile de câmp magnetic ies printr-un pol şi se reconectează cu planeta prin celălalt pol. Toate planetele care dispun de câmpuri magnetice au deopotrivă componente deschise şi închise ale liniilor de câmp.
Apelând la simulări computerizate, profesorul Zhonghua şi colegii lui au descoperit anterior că aurorele pulsatile de radiaţii X ar putea fi legate de câmpurile magnetice închise ce sunt generate în interiorul lui Jupiter şi care se pot extinde până la distanţe de milioane de kilometri în spaţiu, după care revin la planetă.
În 16 şi 17 iulie 2017, telescopul spaţial XMM-Newton a monitorizat planeta Jupiter în mod continuu timp de 26 de ore şi a observat aurore de radiaţii X care pulsau la fiecare 27 de minute. Simultan, sonda Juno desfăşura observaţii deasupra regiunii de unde erau declanşate aceste pulsaţii. În consecinţă, echipa de cercetători a analizat datele obţinute de Juno pentru a identifica procesele magnetice care se repetau cu aceeaşi frecvenţă.
Ei au descoperit că aurorele pulsatile de radiaţii X sunt cauzate de fluctuaţii ale câmpului magnetic jovian. În timp ce planeta se roteşte, trage după sine şi câmpul magnetic. Acesta este lovit în mod direct de particule din vântul solar şi este comprimat. Aceste compresii încălzesc particulele ce sunt prinse în câmpul magnetic jovian. La rândul său, fenomenul declanşează unde electromagnetice de ciclotron ionic (EMIC), în care particulele se mişcă de-a lungul liniilor de câmp.
Aceste particule sunt atomi purtători de sarcină electrică sau ioni. Călăuziţi de câmpul magnetic, ionii călătoresc purtaţi de undele EMIC. parcurgând milioane de kilometri prin spaţiu până se lovesc de masiva atmosferă joviană şi declanşează aurore de radiaţii X.
„Ceea ce am observat în datele obţinute de Juno este această minunată înlănţuire de evenimente. Vedem cum se produce compresia, vedem declanşarea undelor EMIC, vedem ionii şi apoi observăm un puls de ioni care călătoresc de-a lungul unei linii de câmp. Şi apoi, câteva minute mai târziu, XMM detectează o emisie de radiaţii X”, a explicat William Dunn, de la University College London, celălalt coordonator al acestui studiu.
În cazul lui Jupiter, ionii capturaţi de câmpul magnetic al planetei sunt atomi de sulf şi oxigen aruncaţi în spaţiu de procesele de vulcanism ale satelitului Io. Acelaşi fenomen se poate produce şi în cazul celuilalt gigant gazos din Sistemul Solar, Saturn, al cărui satelit Enceladus aruncă particule de apă în spaţiu, dar şi în cazul uriaşilor de gheaţă Uranus şi Neptun, precum şi în cazul a numeroase exoplanete, conform profesorului Zhonghua.