Et forslag til Juno om at observere vulkanerne i Io

Jupiter kan være den største planet i solsystemet med en diameter på 11 gange Jordens diameter. men den blegner i forhold til sin egen magnetosfære. Planetens magnetiske domæne strækker sig mod solen mindst 3 millioner miles (5 millioner km) og på bagsiden hele vejen til Saturn i i alt 407 millioner miles eller mere end 400 gange solens størrelse.

Hvis vi havde øjne tilpasset til at se den jovianske magnetosfære om natten, dens dråbelignende form ville let strække sig over flere grader af himlen! Det er ikke overraskende, at Joves magnetiske aura er blevet kaldt en af ​​de største strukturer i solsystemet.

Io, Jupiters inderste af planetens fire store måner, kredser dybt inde i denne gigantiske boble. På trods af sin lille størrelse - omkring 200 miles mindre end vores egen måne - mangler den ikke superlativer. Med anslået 400 vulkaner, mange af dem stadig aktive, Io er det mest vulkansk aktive legeme i solsystemet. I månens lave tyngdekraft, vulkaner spyr svovl, svovldioxidgas og fragmenter af basaltisk sten op til 500 km ud i rummet i smukke, paraplyformede faner.

En gang i vejret, elektroner pisket rundt af Jupiters kraftige magnetfelt rammer de neutrale gasser og ioniserer dem (fjerner deres elektroner). Ioniserede atomer og molekyler (ioner) er ikke længere neutrale, men har en positiv eller negativ elektrisk ladning. Astronomer refererer til sværme af ioniserede atomer som plasma.

Jupiter roterer hurtigt, spinning en gang hver 9,8 time, trækker hele magnetosfæren med sig. Mens den snurrer forbi Io, disse vulkaniske ioner bliver fanget og slæbt med på turen, roterer rundt om planeten i en ring kaldet Io plasma torus. Du kan forestille dig det som en kæmpe donut med Jupiter i "hullet" og den velsmagende, ~8, 000 mil tyk ring centreret om Ios bane.

Det er ikke alt. Jupiters magnetfelt kobler også Ios atmosfære til planetens polarområder, pumpe ioniske ioner gennem to "rørledninger" til de magnetiske poler og generere en kraftig elektrisk strøm kendt som Io-fluxrøret. Som brandmænd på brandpæle, ionerne følger planetens magnetfeltlinjer ind i den øvre atmosfære, hvor de rammer og exciterer atomer, gyder en ultraviolet-lys plet af nordlys inden for planetens samlede nordlys. Astronomer kalder det Ios magnetiske fodaftryk. Processen fungerer omvendt, også, gyder nordlys i Ios spinkle atmosfære.

Io er hovedleverandøren af ​​partikler til Jupiters magnetosfære. Nogle af de samme elektroner, der blev fjernet fra svovl- og oxygenatomer under et tidligere udbrud, vender tilbage for at slå atomer skudt ud af senere eksplosioner. Rundt og rundt går de i en stor cyklus af mikroskopisk bombardement! Den konstante strøm af høj hastighed, ladede partikler i Ios nærhed gør regionen til et dødeligt miljø ikke kun for mennesker, men også for rumfartøjselektronik, grunden til, at NASA's Juno-sonde kommer helt derud efter hver perijove eller nærmeste tilgang til Jupiter.

Men der er meget at hente ud af disse plasmastrømme. Astronomi PhD-studerende Phillip Phipps og assisterende professor i astronomi Paul Withers fra Boston University har udklækket en plan om at bruge Juno-rumfartøjet til at undersøge Ios plasmatorus til indirekte at studere timingen og strømmen af ​​materiale fra Ios vulkaner ind i Jupiters magnetosfære. I et papir offentliggjort den 25. januar, de foreslår at bruge ændringer i radiosignalet sendt af Juno, når det passerer gennem forskellige områder af torusen for at måle, hvor meget der er, og hvordan dets tæthed ændrer sig over tid.

Teknikken kaldes en radiookkultation. Radiobølger er en form for lys ligesom hvidt lys. Og som hvidt lys, de bliver bøjet eller brudt, når de passerer gennem et medium som luft (eller plasma i tilfælde af Io). Blåt lys bremses mere og oplever mest bøjning; rødt lys bremses mindre og brydes mindst, årsagen til, at røde frynser en regnbues ydre kant og blå dens indre. I radiookkultationer, brydning resulterer i ændringer i frekvens forårsaget af variationer i tætheden af ​​plasma i Ios torus.

Det bedste rumfartøj til forsøget er et med en polær bane omkring Jupiter, hvor den skærer et rent tværsnit gennem forskellige dele af torus under hver bane. Gæt hvad? Med sin polære bane, Juno er sonden til jobbet! Dens hovedmission er at kortlægge Jupiters gravitations- og magnetfelter, så et okkultationseksperiment stemmer godt overens med missionsmål. Tidligere missioner har kun resulteret i to radiookkultationer af torus, men Juno kunne potentielt smække dunk 24.

Fordi papiret havde til hensigt at vise, at metoden er gennemførlig, det er stadig at se, om NASA vil overveje at tilføje lidt ekstra kreditarbejde til Junos hjemmearbejde. Det virker som et værdigt og praktisk mål, en, der yderligere vil oplyse vores forståelse af, hvordan vulkaner skaber nordlys i det bizarre elektriske og magnetiske miljø på den største planet.