Космический телескоп «Джеймс Уэбб» раскрывает новые детали и тайны полярного сияния Юпитера

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» НАСА/ЕКА/КАС запечатлел новые детали полярных сияний на крупнейшей планете нашей Солнечной системы. Танцующие огни, наблюдаемые на Юпитере, в сотни раз ярче, чем те, что видны на Земле. Благодаря высокой чувствительности «Джеймса Уэбба» астрономы изучили это явление, чтобы лучше понять магнитосферу Юпитера.

Полярные сияния возникают, когда частицы высокой энергии попадают в атмосферу планеты вблизи её магнитных полюсов и сталкиваются с атомами газа. Полярные сияния на Юпитере не только огромны по размеру, но и в сотни раз интенсивнее, чем полярные сияния на Земле. Здесь полярные сияния возникают из-за солнечных бурь, когда заряженные частицы падают на верхние слои атмосферы, возбуждают газы и заставляют их светиться красным, зелёным и фиолетовым цветами. В то же время у Юпитера есть дополнительный источник полярных сияний: сильное магнитное поле газового гиганта притягивает заряженные частицы из окружающей среды. Сюда входят не только заряженные частицы солнечного ветра, но и частицы, выбрасываемые в космос его спутником Ио, известным своими многочисленными и крупными вулканами. Вулканы Ио выбрасывают частицы, которые, как ни странно, преодолевают гравитацию спутника и вращаются вокруг Юпитера. Шквал заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем во время солнечных бурь, также достигает планеты. Большое и мощное магнитное поле Юпитера захватывает заряженные частицы и разгоняет их до огромных скоростей. Эти быстрые частицы врезаются в атмосферу планеты с высокой энергией, что возбуждает газ и заставляет его светиться.

Теперь уникальные возможности Уэбба позволяют по-новому взглянуть на полярные сияния на Юпитере. Чувствительность телескопа позволяет астрономам увеличить выдержку, чтобы запечатлеть быстро меняющиеся особенности полярных сияний. Новые данные были получены с помощью камеры Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRCam) на Рождество 2023 года группой учёных под руководством Джонатана Николса из Лестерского университета в Великобритании.

“Какой это был рождественский подарок — он просто поразил меня!”— поделился Николс. “Мы хотели посмотреть, как быстро меняется полярное сияние, ожидая, что оно будет медленно затухать и разгораться, возможно, в течение четверти часа или около того. Вместо этого мы увидели, как вся область полярного сияния вспыхивает и мерцает, иногда меняя цвет каждую секунду.”

Данные, полученные командой, показали, что излучение от иона триводорода, известного как H3+, гораздо более изменчиво, чем считалось ранее. Наблюдения помогут учёным лучше понять, как нагревается и охлаждается верхняя атмосфера Юпитера.

Команда также обнаружила некоторые необъяснимые наблюдения в своих данных.

«Что сделало эти наблюдения ещё более особенными, так это то, что мы также сделали снимки в ультрафиолетовом диапазоне с помощью космического телескопа NASA/ESA «Хаббл», — добавил Николс. «Как ни странно, самый яркий свет, наблюдаемый Уэббом, не имел реального аналога на снимках «Хаббла». Это заставило нас задуматься. Чтобы вызвать комбинацию яркостей, наблюдаемых и Уэббом, и Хабблом, нам нужно, по-видимому, невозможное сочетание большого количества частиц с очень низкой энергией, попадающих в атмосферу, — что-то вроде моросящего дождя! Мы до сих пор не понимаем, как это происходит.

Теперь команда планирует изучить это несоответствие между данными «Хаббла» и «Уэбба» и исследовать более широкие последствия для атмосферы и космической среды Юпитера. Они также намерены продолжить это исследование с помощью дополнительных наблюдений «Уэбба», которые они смогут сравнить с данными космического аппарата НАСА «Юнона», чтобы лучше понять причину загадочного яркого излучения. Эти выводы могут также помочь исследователю ледяных спутников Юпитера Европейского космического агентства, Juice, который находится на пути к Юпитеру, чтобы провести детальные наблюдения за гигантской газовой планетой и тремя ее крупными океаноносными спутниками – Ганимедом, Каллисто и Европой. Juice рассмотрит полярные сияния Юпитера с помощью семи уникальных научных инструментов, включая два тепловизора. Эти измерения с близкого расстояния помогут нам понять, как взаимодействуют магнитное поле и атмосфера планеты, а также какое влияние заряженные частицы с Ио и других спутников оказывают на атмосферу Юпитера.

Источник: NASA, ESA, CSA, STScI, Рикардо Уэсо (UPV), Имке де Патер (Калифорнийский университет в Беркли), Тьерри Фуше (Парижская обсерватория), Ли Флетчер (Лестерский университет), Майкл Х. Вонг (Калифорнийский университет в Беркли), Джозеф ДеПаскуале (STScI), Дж. Николс (Лестерский университет), М. Замани (ESA/Webb)

На изображении:

Планета Юпитер в ближнем инфракрасном диапазоне. Её облака тёмно-синего и белого цвета с несколькими красными пятнами внутри облаков, а полюса окрашены в зелёный, жёлтый и красный цвета. На северном полюсе наложена рамка с дополнительными данными в оранжевых тонах, показывающая полярные сияния в виде дуг и колец на планете. Слева эта область показана крупнее с подписью «09:53:57 25 декабря 2023 года».