Forskere besvarer store spørgsmål om vores system største planet
Nye opdagelser om Jupiter kan føre til en bedre forståelse af Jordens eget rummiljø og påvirke en langvarig videnskabelig debat om solsystemets største planet.
"Ved at udforske et større rum som Jupiter, kan vi bedre forstå den grundlæggende fysik, der styrer Jordens magnetosfære og derved forbedre vores rumvejrsudsigt," siger Peter Delamere, professor ved UAF Geophysical Institute og UAF College of Natural Science and Mathematics.
"Vi er en stor rumvejrbegivenhed fra at miste kommunikationssatellitter, vores elnetaktiver eller begge dele," sagde han.
Rumvejr refererer til forstyrrelser i Jordens magnetosfære forårsaget af interaktioner mellem solvinden og Jordens magnetfelt. Disse er generelt forbundet med solstorme og solens koronale masseudslip, som kan føre til magnetiske udsving og forstyrrelser i elnet, rørledninger og kommunikationssystemer.
Delamere og et team af medforfattere detaljerede deres resultater om Jupiters magnetosfære i et papir i AGU Advances . Geophysical Institute forskningslektor Peter Damiano, UAF kandidatstuderende forskere Austin Smith og Chynna Spitler, og tidligere studerende Blake Mino er blandt medforfatterne.
Delameres forskning viser, at vores solsystems største planet har en magnetosfære, der består af stort set lukkede magnetiske feltlinjer ved dens polære områder, men inklusive et halvmåneformet område med åbne feltlinjer. Magnetosfæren er det skjold, som nogle planeter har, og som afbøjer meget af solvinden.
Debatten om åben kontra lukket ved polerne har raset i mere end 40 år.
En åben magnetosfære refererer til en planet, der har nogle åbne magnetfeltlinjer nær sine poler. Disse er tidligere lukkede linjer, der er blevet brudt fra hinanden af solvinden og efterladt til at strække sig ud i rummet uden at komme ind på planeten igen.
Dette skaber områder på Jupiter, hvor solvinden, som bærer nogle af solens magnetiske feltlinjer, interagerer direkte med planetens ionosfære og atmosfære.
Solpartikler, der bevæger sig mod en planet på åbne feltlinjer, forårsager ikke nordlys, som i høj grad forekommer på lukkede feltlinjer. Imidlertid overføres energien og momentum af solvindpartikler på åbne feltlinjer til det lukkede system.
Jorden har en stort set åben magnetosfære ved sine poler, hvor nordlys forekommer på lukkede feltlinjer. Det er den overførte energi på de åbne linjer, der kan forstyrre elnet og kommunikation.
For at studere Jupiters magnetosfære kørte Delamere en række forskellige modeller ved hjælp af data erhvervet af NASA Juno-rumfartøjet, som kom ind i Jupiters kredsløb i 2016 og har en elliptisk polær bane.
"Vi havde aldrig data fra polarområderne, så Juno har været transformerende med hensyn til planetens nordlysfysik og bidraget til at fremme diskussionen om dens magnetfeltlinjer," sagde Delamere.
Debatten begyndte med Jupiters forbiflyvninger i 1979 af NASA's Voyager 1 og Voyager 2. Disse data fik mange til at tro, at planeten havde en generelt åben magnetosfære ved sine poler.
Andre videnskabsmænd hævdede, at Jupiters nordlysaktivitet, som er meget forskellig fra Jordens, indikerede, at planeten havde en for det meste lukket magnetosfære ved polerne. Delamere, en mangeårig forsker af Jupiters magnetfelt, offentliggjorde et papir, der understøttede denne opfattelse i 2010.
I 2021 var han medforfatter på et papir af Binzheng Zhang fra University of Hong Kong, der gennem modellering foreslog, at Jupiters magnetosfære havde to områder med åbne magnetiske feltlinjer ved sine poler.
Modellen viser et sæt af åbne feltlinjer, der dukker op fra polerne og slæber udad bag planeten i magnetohale, hvor den smalle dråbeformede del af magnetosfæren peger væk fra solen. Det andet sæt kommer frem fra Jupiters pæle og går ud til siderne ud i rummet, båret af solvinden.
"Zhang-resultatet gav en plausibel forklaring på områderne med åbne felter," sagde Delamere. "Og i år leverede vi overbevisende beviser i Juno-dataene for at understøtte modelresultatet.
"Det er en vigtig validering af Zhang-papiret," sagde han.
Delamere sagde, at det er vigtigt at studere Jupiter for bedre at forstå Jorden.
"I det store billede repræsenterer Jupiter og Jorden modsatte ender af spektret - åbne versus lukkede feltlinjer," sagde han. "For fuldt ud at forstå magnetosfærisk fysik er vi nødt til at forstå begge grænser."
Delameres beviser kom via et instrument på Juno-rumfartøjet, der afslørede et polarområde, hvor ioner strømmede i en retning modsat Jupiters rotation.
Efterfølgende modellering viste en lignende ionstrøm i det samme område - og nær de åbne feltlinjer foreslået i 2021-avisen af Zhang og Delamere.
"Den ioniserede gas på [lukkede] magnetfeltlinjer forbundet til Jupiters nordlige og sydlige halvkugle roterer med planeten," konkluderer Delameres nye papir, "mens ioniseret gas på [åbne] feltlinjer, der forbinder til solvinden, bevæger sig med solvinden ."
Delamere skriver, at den polære placering af åbne magnetfeltlinjer "kan repræsentere et karakteristisk træk ved roterende gigantiske magnetosfærer til fremtidig udforskning."
Andre bidragydere er fra University of Colorado Boulder, Johns Hopkins University, Andrews University, Embry-Riddle Aeronautical University, University of Hong Kong, University of Texas San Antonio, Southwest Research Institute og O.J. Brambles Consulting i Storbritannien.
Delamere vil præsentere forskningen i juli på konferencen om magnetosfærer på de ydre planeter på University of Minnesota.
Flere oplysninger: P. A. Delamere et al, Signatures of Open Magnetic Flux in Jupiter's Dawnside Magnetotail, AGU Advances (2024). DOI:10.1029/2023AV001111
Journaloplysninger: AGU Advances
Leveret af University of Alaska Fairbanks
Varme artikler
-
Vand i rummetESA-astronaut Pedro Duque fra Spanien ser en vandboble flyde mellem ham og kameraet, viser hans billede brudt, på den internationale rumstation under Cervantes-missionen i 2003. Kredit:NASA (ISS007-E- -
Hvad andre planeters energikredsløb kan fortælle os om klimaændringer på JordenSpredning af total kinetisk energi, som angiver, hvor effektiv den globale atmosfære er som varmemotor, var på fremmarch mellem 1979 og 2013. Kredit:NASA; University of Houston Forskere tænker nog -
NASAs Hubble undersøger en gigantisk galakseDette Hubble-rumteleskop-fotografi viser den majestætiske spiralgalakse UGC 2885, beliggende 232 millioner lysår væk i det nordlige stjernebillede Perseus. Galaksen er 2,5 gange bredere end vores Mælk -
En teknik til at finde oceaner på andre verdenerEn kunstners illustration af exoplaneten HR8799e. ESO’s GRAVITY-instrument på sit Very Large Telescope Interferometer foretog den første direkte optiske observation af denne planet og dens atmosfære.