Ученые обнаружили аномальные холодные пятна в полярном сиянии Юпитера
Международная группа ученых под руководством исследовательницы из Нортумбрийского университета совершила новые открытия, изучая захватывающее явление в северном сиянии Юпитера. С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономам впервые удалось получить детальные спектральные измерения инфракрасных следов, которые оставляют в полярном сиянии планеты ее спутники Ио и Европа, а также обнаружить экстремальные и никогда ранее не наблюдавшиеся изменения физических свойств в верхних слоях атмосферы газового гиганта.
В отличие от земного полярного сияния, которое в основном вызывается солнечным ветром, полярные сияния Юпитера формируется под влиянием его четырех крупнейших спутников — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто. Эти спутники создают на планете собственные «мини-сияния». Мощное магнитное поле Юпитера вращается вместе с планетой примерно раз в 10 часов, увлекая за собой заряженные частицы, в то время как его спутники движутся по орбите гораздо медленнее. Взаимодействие спутников с магнитным полем и плазмой, окружающей Юпитер, порождает высокоэнергетические частицы. Они устремляются вдоль линий магнитного поля и врезаются в атмосферу планеты, создавая яркие светящиеся узоры — авроральные следы, которые указывают на проекцию орбит спутников.
Наблюдения проводились в течение 22-часового периода в сентябре 2023 года. В то время как исследовательская группа сканировала край Юпитера, отслеживая вращение полярных сияний, в объектив телескопа попали и авроральные следы Ио и Европы. Однако характеристики этих следов оказались совершенно неожиданными. В одном из снимков ученые обнаружили холодное пятно в следе, оставленном Ио. Температура в этой области составила всего 265 °C, что значительно ниже типичных для юпитерианского сияния 493 °C. Более того, это пятно содержало вещество с плотностью в три раза выше, чем в остальном сиянии планеты, а в некоторых областях перепады плотности достигали 45-кратных значений в пределах одного небольшого участка.
Ключевую роль в этом явлении играет спутник Ио — самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Его вулканы ежесекундно выбрасывают в космос около 1000 килограммов материала, который ионизируется и формирует вокруг Юпитера плотное облако плазмы в форме тора. Двигаясь сквозь эту среду, Ио генерирует мощные электрические токи, создающие самые яркие пятна в полярном сиянии планеты. Исследователи пришли к выводу, что наблюдаемые экстремальные колебания температуры и плотности внутри следа Ио, происходящие за считанные минуты, напрямую связаны с переменчивым потоком высокоэнергетических электронов, обрушивающихся на верхние слои атмосферы Юпитера.
Ведущий автор исследования, аспирантка Нортумбрийского университета Кэти Ноулз, отмечает, что это открытие дает беспрецедентное понимание того, как спутники Юпитера напрямую влияют на его атмосферу. «Мы видим, как атмосфера Юпитера реагирует на его спутники в реальном времени, что дает нам представление о процессах, происходящих во всей нашей Солнечной системе и, возможно, за ее пределами», — пояснила она. Ученые задаются вопросом, насколько часто происходят подобные явления, и планируют найти ответы в ходе дальнейших наблюдений. Ноулз уже получила более 32 часов времени для работы в Инфракрасном телескопическом комплексе NASA на Гавайях в январе 2026 года, чтобы отследить изменчивость авроральных следов и определить, являются ли обнаруженные экстремальные изменения редким событием или обычным явлением.
Результаты исследования были в журнале Geophysical Research Letters.