Podczas przelotu nad północnym biegunem gazowego olbrzyma sondzie udało się zebrać informacje z regionów dotąd niedostępnych dla jakiejkolwiek misji kosmicznej. Badacze z University of Minnesota Twin Cities wykorzystali tę unikalną okazję, a wyniki ich analiz opublikowano właśnie w periodyku Physical Review Letters. Praca ta może otworzyć nowy rozdział w badaniach nad ochroną planet przed kosmicznym promieniowaniem.
Fala Alfvéna-Langmuira. Pierwsza taka obserwacja w historii
Odkrycie nowego typu fali plazmowej w zorzy Jowisza było możliwe dzięki wyjątkowym warunkom panującym w polarnej magnetosferze tej planety. Zespół pod kierunkiem profesorów Ali Sulaimana i Roberta Lysaka zidentyfikował falę nazwaną Alfvéna-Langmuira, która formuje się w ekstremalnych okolicznościach. Gęstość elektronów w badanym rejonie wynosi zaledwie 10⁻³ na centymetr sześcienny, przy jednoczesnym polu magnetycznym o sile do 2 militesli. W takich warunkach częstotliwość plazmowa elektronów okazuje się niższa od częstotliwości cyklotronowej jonów – sytuacja nieobservowana wcześniej w żadnym środowisku plazmowym badanych przez statki kosmiczne.
Czytaj także: Jowisz jak z gry komputerowej. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykonał niesamowite zdjęcie
Nowo odkryte fale wykazują zachowanie stożka rezonansowego i mogą być wzbudzane przez wiązki elektronów o energiach od 1 keV do 1 MeV. Instrument Waves zainstalowany na pokładzie sondy Juno po raz pierwszy zarejestrował w trybie niskoczęstotliwościowym strukturę przypominającą spodek, znaną dotąd wyłącznie z fal obserwowanych na Ziemi.
Różnice między zorzą na Jowiszu i na Ziemi
Zorza na Jowiszu fundamentalnie różni się od tej znanej z naszej planety. Podczas gdy ziemskie zorze polarne przybierają charakterystyczne zielone i niebieskie barwy widoczne gołym okiem, jowiszowy odpowiednik pozostaje niewidoczny i wymaga obserwacji w ultrafiolecie oraz podczerwieni. Różnice dotyczą również mechanizmów powstawania – skomplikowane pole magnetyczne Jowisza pozwala naładowanym cząstkom wpływać bezpośrednio w rejon czapy polarnej, podczas gdy na Ziemi zorza tworzy wzór przypominający pierścień wokół bieguna.
Przestrzeń wokół Jowisza wypełnia plazma, czyli przegrzany stan materii, w którym atomy rozpadają się na elektrony i jony. Właśnie w tej plazmie, przy ekstremalnie niskiej gęstości połączonej z potężnym polem magnetycznym, powstają fale o bardzo niskiej częstotliwości, niepodobne do czegokolwiek obserwowanego wokół Ziemi.
Znaczenie odkrycia dla ochrony Ziemi
Badanie zórz na innych planetach ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia mechanizmów ochrony Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym. Analiza procesów zachodzących w magnetosferze Jowisza pomaga naukowcom lepiej poznać sposoby, w jakie pola magnetyczne planet chronią ich powierzchnie przed destrukcyjnym wpływem wiatru słonecznego. Choć Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dostarczył już kilka obrazów zorzy w podczerwieni, to Juno pozostaje pierwszym statkiem kosmicznym na orbicie polarnej wokół Jowisza, co umożliwia zbieranie unikalnych danych.
Czytaj także: Kosmiczny sekret naszego Słońca. Dlaczego nasza gwiazda jest wyjątkowo łagodna?
Warunki panujące w polarnej magnetosferze Jowisza mogą mieć zastosowanie również w regionach polarnych innych gazowych gigantów, a potencjalnie nawet na silnie namagnetyzowanych egzoplanetach czy gwiazdach. Chociaż tak ekstremalne warunki nie występują na Ziemi, ich zrozumienie otwiera nowe perspektywy w astrofizyce planetarnej. Zespół badawczy planuje kontynuować zbieranie danych podczas kolejnych przelotów Juno nad północnym biegunem Jowisza. Każdy taki przelot może przynieść cenne informacje o mechanizmach rządzących plazmą w ekstremalnych warunkach kosmicznych.
Perspektywy i ograniczenia
Chociaż odkrycie jest niewątpliwie interesujące, warto zachować pewien sceptycyzm. Badania są wciąż w początkowej fazie, a zebrane dane wymagają dalszej weryfikacji. Trudno na tym etapie przesadnie optymistycznie oceniać praktyczne zastosowania tych odkryć, jednak samo poszerzenie wiedzy o procesach plazmowych w ekstremalnych warunkach stanowi wartość samą w sobie. Można mieć nadzieję, że kolejne misje kosmiczne przyniosą jeszcze więcej danych, które pozwolą lepiej zrozumieć skomplikowane zjawiska zachodzące w magnetosferach planet naszego układu słonecznego i poza nim.