Астрономы обнаружили странную активность над северным полюсом Юпитера
Космический аппарат NASA «Юнона» зафиксировал необычный новый тип плазменных волн в магнитосфере Юпитера, что ставит под сомнение существующие теории о поведении частиц в мощном магнитном поле газового гиганта.
Странные плазменные волны были обнаружены в магнитосфере Юпитера, демонстрируя неожиданное поведение плазмы, которое астрономы пока не могут объяснить в рамках текущих моделей.
С 2016 года «Юнона» собирает огромное количество данных и изображений Юпитера, его спутников и колец. В ходе расширенной миссии орбита аппарата постепенно сместилась в сторону северного полюса планеты, что позволило ученым впервые детально изучить высокоширотные области магнитосферы.
Загадочная магнитосфера Юпитера
Магнитосфера Юпитера — это гигантская область пространства, формируемая мощным магнитным полем планеты. Она простирается почти до орбиты Сатурна и на семь миллионов километров в сторону Солнца, что делает ее крупнейшей магнитосферой в Солнечной системе и важным объектом для исследований.
Необычное поведение плазмы
Наблюдения «Юноны» быстро выявили аномалии, не соответствующие общепринятым представлениям о плазме. Новое исследование под руководством Роберта Лысака из Университета Миннесоты предлагает теорию, объясняющую эти странные волны. Открытие может изменить подход к моделированию магнитных полей и астрофизических явлений не только на Юпитере, но и на других планетах и звездах.
За почти десять лет работы «Юнона» собрала огромный массив данных о Юпитере и его спутниках. По мере смещения орбиты аппарат начал приближаться к северному полюсу планеты, где обнаружил область магнитосферы с крайне низкой концентрацией электронов. В этих зонах, где магнитное поле достигает 20 гаусс (2 мТл), была зафиксирована аномалия: частота плазменных волн оказалась значительно ниже ионной гирочастоты, что противоречит обычным законам физики плазмы.
В этих уникальных условиях альвеновские волны, обычно связанные с колебаниями ионов, проявили свойства волн Ленгмюра, которые, как правило, возникают из-за движения электронов. Этот гибридный феномен, описанный командой Лысака в исследовании, получил название «альвеновско-ленгмюровский режим».
Возможный переворот в физике плазмы?
Согласно классической теории, волны Ленгмюра колеблются вдоль линий магнитного поля на частотах выше ионной гирочастоты, тогда как альвеновские волны колеблются перпендикулярно им и работают только на более низких частотах. Однако волны, зафиксированные «Юноной», нарушили это правило: их частоты оставались ниже ионной гирочастоты, но приближались к плазменной, никогда не превышая ее.
Это открытие указывает на то, что поведение плазмы в условиях сильной намагниченности и низкой плотности может кардинально отличаться от ожидаемого.
Лысак и его коллеги изучили связь между частотой волн и их волновым числом в магнитосфере Юпитера и пришли к выводу, что в такой уникальной среде альвеновские волны могут трансформироваться в волны Ленгмюра при высоких волновых числах. Ученые предполагают, что этот процесс может быть вызван электронными пучками с энергиями от 1 кэВ до 2 МэВ, которые ранее уже наблюдались «Юноной» в полярных регионах Юпитера.
Значение для астрофизики
Открытие нового гибридного режима волн может привести к прорыву в физике плазмы, особенно в моделировании магнитосфер других небесных тел. Исследователи считают, что аналогичные условия могут существовать у магнитных звезд и экзопланет с сильными магнитными полями. Это означает, что их открытие поможет лучше интерпретировать астрофизические явления в далеких уголках Вселенной.
Исследование опубликовано в журнале 16 июля 2025 года.