Новые наблюдения крупнейшего спутника Юпитера — Ганимеда — показали, что полярные сияния на этом далёком мире имеют неожиданно много общего с аналогичными явлениями на Земле. Исследование, основанное на данных космического аппарата Juno, позволило увидеть тонкую структуру этих сияний и выявить сходные физические процессы, происходящие в магнитных средах разных небесных тел.
Учёные отмечают, что результаты помогают лучше понять не только природу спутника Юпитера, но и универсальные механизмы взаимодействия магнитных полей, атмосферы и космической плазмы.
Особенность Ганимеда — собственное магнитное поле
Ганимед занимает особое место среди спутников планет. Это единственная известная луна Солнечной системы, обладающая собственным глобальным магнитным полем. Благодаря этому вокруг неё формируется собственная мини-магнитосфера.
На Земле магнитное поле играет важную роль в формировании полярных сияний: оно направляет заряженные частицы солнечного ветра к полюсам, где они взаимодействуют с атмосферой и вызывают свечение. На Ганимеде действует похожий механизм, но источник частиц иной.
Спутник движется внутри огромной магнитосферы Юпитера и постоянно взаимодействует с потоками заряженной плазмы, окружающей планету-гигант. Именно эти частицы становятся причиной появления сияний в разреженной атмосфере луны.
Наблюдения космического аппарата Juno
Наиболее детальные данные о сияниях Ганимеда были получены во время пролёта аппарата Juno возле спутника. Во время сближения прибор UVS (ультрафиолетовый спектрограф) наблюдал свечение в атмосфере и позволил исследовать его структуру с разрешением в несколько километров.
Такая точность позволила впервые увидеть, что сияние на Ганимеде имеет сложную структуру. Оно состоит не из сплошной светящейся полосы, а из множества отдельных участков — своеобразных «пятен» или сегментов.
Каждый из таких участков представляет собой локальную область, где в атмосферу спутника врываются ускоренные электроны. При столкновении с атомами кислорода они возбуждают их и вызывают ультрафиолетовое свечение.
Структуры «бусин» — сходство с Землёй
Особый интерес исследователей вызвали так называемые авроральные «бусины» — цепочки небольших светящихся областей, которые располагаются вдоль линий полярного сияния.
Подобные структуры хорошо известны в полярных сияниях Земли. Обычно они возникают перед магнитосферными суббурями — процессами, при которых магнитное поле резко перестраивается и высвобождает большое количество энергии.
Обнаружение аналогичных структур на Ганимеде показывает, что схожие процессы могут происходить и в его магнитной среде. Это означает, что даже у небольшого спутника возможны сложные магнитосферные явления, напоминающие космическую погоду Земли.
Роль разреженной атмосферы
Хотя Ганимед покрыт толстым слоем водяного льда, вокруг него существует крайне тонкая атмосфера. Основной её компонент — кислород.
Этот кислород образуется, когда заряженные частицы из магнитосферы Юпитера бомбардируют ледяную поверхность спутника и выбивают из неё молекулы. В верхних слоях атмосферы эти атомы возбуждаются электронными потоками и начинают излучать свет в ультрафиолетовом диапазоне, формируя полярные сияния.
Таким образом, даже при очень низкой плотности атмосферы возможны яркие авроральные процессы.
Что это открытие говорит о космической погоде
Полярные сияния — важный инструмент для изучения космической среды. Они показывают, как энергия и частицы из окружающего пространства попадают в атмосферу небесного тела.
Наблюдения на Ганимеде демонстрируют, что основные физические механизмы формирования сияний могут быть универсальными. Если у объекта есть магнитное поле, хотя бы тонкая атмосфера и источник быстрых заряженных частиц, могут возникать процессы, аналогичные земным полярным сияниям.
Поэтому изучение таких явлений помогает лучше понять поведение магнитных полей и плазмы не только в системе Юпитера, но и на других планетах и спутниках.
Будущие исследования Ганимеда
Новые наблюдения являются лишь началом более детального изучения спутника. Уже запущенная европейская миссия JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) должна прибыть к системе Юпитера в начале следующего десятилетия и провести длительные исследования ледяных спутников, включая Ганимед.
Аппарат будет оснащён научными инструментами, способными наблюдать магнитное поле, атмосферу и полярные сияния спутника в течение длительного времени. Это позволит проследить, как меняются сияния и как они связаны с магнитной активностью Юпитера.
Значение для планетологии
Исследование полярных сияний на Ганимеде показывает, что сложные магнитные процессы могут происходить даже на спутниках планет.
Новые данные подтверждают, что взаимодействие магнитных полей, плазмы и атмосферы подчиняется общим законам физики и может проявляться в сходных формах на совершенно разных объектах Солнечной системы.
Изучение таких процессов помогает учёным лучше понимать динамику магнитных сред планет и спутников, а также развитие космической погоды в разных уголках нашей планетной системы.
Источники:
Статья создана по материалам earth.com
