Topsy-turvy bevægelse skaber lyskontakt effekt på Uranus

Mere end 30 år efter at Voyager 2 skyndte sig forbi Uranus, Georgia Institute of Technology-forskere bruger rumfartøjets data til at lære mere om den iskolde planet. Deres nye undersøgelse tyder på, at Uranus' magnetosfære, området defineret af planetens magnetfelt og materialet fanget inde i det, bliver tændt og slukket som en lyskontakt hver dag, mens den roterer sammen med planeten. Det er "åbent" i én retning, tillader solvind at strømme ind i magnetosfæren; den lukker senere, danner et skjold mod solvinden og afleder den væk fra planeten.

Dette er meget forskelligt fra Jordens magnetosfære, som typisk kun skifter mellem åben og lukket som reaktion på ændringer i solvinden. Jordens magnetfelt er næsten på linje med dens spinakse, får hele magnetosfæren til at snurre som en top sammen med Jordens rotation. Da den samme justering af Jordens magnetosfære altid vender mod solen, magnetfeltet, der er trådet i den altid tilstedeværende solvind, skal ændre retning for at omkonfigurere Jordens felt fra lukket til åbent. Dette sker ofte med stærke solstorme.

Men Uranus ligger og roterer på siden, og dets magnetfelt er skævt – det er off-centreret og vippes 60 grader fra sin akse. Disse funktioner får magnetfeltet til at tumle asymmetrisk i forhold til solens vindretning, når den iskolde kæmpe fuldfører sin 17,24 timers fulde rotation.

I stedet for at solvinden dikterer en kontakt som her på Jorden, forskerne siger, at Uranus' hurtige rotationsændring i feltstyrke og orientering fører til et periodisk åben-luk-åben-luk-scenarie, når den tumler gennem solvinden.

"Uranus er et geometrisk mareridt, " sagde Carol Paty, Georgia Tech lektor, der var medforfatter til undersøgelsen. "Det magnetiske felt tumler meget hurtigt, som et barn, der kører pladask ned ad en bakke. Når den magnetiserede solvind møder dette tumlefelt på den rigtige måde, den kan genoprette forbindelsen, og Uranus' magnetosfære går fra åben til lukket til at åbne på daglig basis."

Paty siger, at denne solvindgenopkobling forventes at forekomme opstrøms for Uranus' magnetosfære over en række breddegrader, med magnetisk flux lukning i forskellige dele af planetens snoede magnetohale.

Genforbindelse af magnetiske felter er et fænomen i hele solsystemet. Det opstår, når retningen af ​​det interplanetariske magnetfelt - som kommer fra solen og også er kendt som det heliosfæriske magnetfelt - er modsat en planets magnetosfæriske justering. Magnetiske feltlinjer splejses derefter sammen og omarrangerer den lokale magnetiske topologi, tillader en bølge af solenergi at komme ind i systemet.

Magnetisk genforbindelse er en af ​​grundene til Jordens nordlys. Auroras kunne være mulige på en række breddegrader på Uranus på grund af dets off-kilter magnetfelt, men nordlys er svært at observere, fordi planeten er næsten 2 milliarder miles fra Jorden. Hubble-rumteleskopet får af og til et svagt syn, men den kan ikke direkte måle Uranus' magnetosfære.

Georgia Tech-forskerne brugte numeriske modeller til at simulere planetens globale magnetosfære og til at forudsige gunstige genforbindelsessteder. De tilsluttede data indsamlet af Voyager 2 under dens fem dage lange forbiflyvning i 1986. Det er den eneste gang, et rumfartøj har besøgt.

Forskerne siger, at at lære mere om Uranus er en nøgle til at opdage mere om planeter uden for vores solsystem.

"Størstedelen af ​​exoplaneter, der er blevet opdaget, ser ud til også at være isgiganter i størrelse, " sagde Xin Cao, Georgia Tech Ph.D. kandidat i jord- og atmosfæriske videnskaber, der ledede undersøgelsen. "Måske er det, vi ser på Uranus og Neptun, normen for planeter:meget unikke magnetosfærer og mindre afstemte magnetfelter. At forstå, hvordan disse komplekse magnetosfærer beskytter exoplaneter mod stjernestråling, er af afgørende betydning for at studere beboeligheden af ​​disse nyopdagede verdener."

Papiret, "Daglig og sæsonbestemt variation af Uranus' magnetosfære, " er i øjeblikket offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Space Physics .