Зонд Juno обнаружил гигантские магнитные вихри вокруг Юпитера
На магнитопаузе планет - границе между магнитосферой и межпланетным солнечным ветром - происходит странное явление, известное как неустойчивость Кельвина-Гельмгольца (KHI), приводящее к образованию магнитных вихрей. Благодаря космическому зонду Juno исследователи впервые подтвердили частое присутствие гигантских магнитных вихрей на магнитопаузе Юпитера.
В гидродинамике неустойчивость Кельвина-Гельмгольца (KHI) представляет собой волновое движение, возникающее при взаимодействии двух термостабильных жидкостей, которые накладываются друг на друга и движутся с разными скоростями. Эта неустойчивость может быть перенесена на многочисленные геофизические явления - от динамики атмосферы и океана до поведения плазмы. Волны Кельвина-Гельмгольца (или KH-волны), точнее, возникающие при этом вихри, оказывают существенное влияние на динамику двух сред.
В астрофизике это явление возникает при большой разнице скоростей на границе, разделяющей две области пространства. На планете это явление можно наблюдать на магнитопаузе - границе, отделяющей ее магнитное поле (магнитосферу) от потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечного ветра). Невидимые невооруженным глазом, KH-волны обнаруживаются путем анализа вариаций магнитного поля. Результаты натурных наблюдений земных и сатурнианских KH-волн позволяют предположить, что теоретически они могут развиваться в любых условиях межпланетного магнитного поля.
Однако на Юпитере это явление было подтверждено лишь недавно. Если на уровне Земли и Сатурна это явление уже наблюдалось, то для Юпитера это было не так. "Juno наблюдал эти волны на нескольких своих орбитах, что убедительно свидетельствует о том, что неустойчивости Кельвина-Гельмгольца играют активную роль во взаимодействии солнечного ветра с Юпитером", — говорится в пресс-релизе Джейка Монтгомери, научного сотрудника кафедры физики и астрономии Техасского университета в Сан-Антонио. Результаты исследования опубликованы в журнале .
Обнаружение 25-волновых вихрей
Плазма в магнитосфере Юпитера собирается в экваториальной области (на низких широтах) и образует диск вокруг планеты. Этот диск простирается наружу и "подкручивает" магнитосферу. В магнитосфере не только преобладают вращательные движения, но и плазма внутри нее также вращается и взаимодействует с обратными потоками в магнитослое (область между магнитопаузой и ударной дугой магнитосферы).
Влияние высоких сдвиговых скоростей между магнитосферой и плазмой магнитослоя может приводить к генерации KH-волн на стороне рассвета Юпитера. Эти волны могут приводить к переносу массы и импульса через магнитопаузу и вызывать образование других KH-волн на сумеречной стороне планеты. Предыдущее моделирование подтверждает эту гипотезу, показывая, что KH-волны Юпитера могут формироваться независимо от ориентации межпланетного магнитного поля. Более того, в магнитослое будут преобладать гидродинамические, а не магнитогидродинамические движения. В результате KH-волны могут формироваться в более высоких широтах.