gov-civil-vilareal.ptMysterie van de aurora's van Jupiter eindelijk opgelost - en de aarde heeft meer gemeen met hen dan we dachten
>Jupiter licht op op een manier die kan wedijveren met de meeste themaparken na zonsondergang (om nog maar te zwijgen van de aurora's van de aarde) - maar wat zit er achter deze tovenarij? Plasma.
De fantastische röntgenvlammen van Jupiters aurora's hebben enkele dingen gemeen met het noorderlicht van onze eigen planeet. Ze worden allebei geactiveerd door trillende magnetische veldlijnen, behalve dat Jupiter genoeg energie vrijgeeft om tijdelijk de hele menselijke beschaving van stroom te voorzien. In tegenstelling tot de aardse versie van het fenomeen, zijn Jupiter's ook onzichtbaar voor ons omdat ze alleen gloeien in röntgenstraling. Deze hadden iets te maken met het magnetische veld. Nu weten we wat .
Mede geleid door planetaire wetenschappers Zhonghua Yao van de Chinese Academie van Wetenschappen en Wiliam Dunn van University College London, heeft een team van onderzoekers het eindelijk genoemd in een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in Vooruitgang in de wetenschap. Wat eerder bekend was, was dat aurora's optraden toen ionen in botsing kwamen met de Jupiter-atmosfeer, en dat er plasma is tussen de magnetische veldlijnen. Yao ontdekte dat deze ionen in de atmosfeer botsen en ionen in röntgenvorm vrijgeven wanneer deze magnetische veldlijnen golven in het plasma veroorzaken.
De belangrijkste vraag was wat ionen periodiek zou kunnen dwingen om in de atmosfeer van Jupiter te crashen, vertelt Yao aan SYFY WIRE. Toen werd de vraag: hoe zijn compressiegolven en ionenneerslag met elkaar verbonden? Elektromagnetische ionen cyclotrongolven zijn een ideale verbinding vanuit de theoretische plasmafysica.
Even een back-up maken. We komen zo bij elektromagnetische ionencyclotrongolven. Maar eerst de observaties.
Yao en zijn team gebruikten gegevens van Jupiter-sonde Juno en het XMM-Newton-ruimteobservatorium om de wetenschap achter deze bijna sci-fi-verschijnselen te achterhalen. XMM-Newton is een van de meest geavanceerde röntgenobservatoria die er zijn. Het kan detecteren hoeveel röntgenstralen er snel genoeg van de polen van Jupiter worden vrijgegeven om de details van variaties in die emissies over korte tijdsperioden te onthullen. Hoe vaak de röntgenstralen pulseerden, was een hint die uiteindelijk tot het antwoord zou leiden. Plasma-elektromagnetische golven of magentohydrodynamische golven reizen in tientallen minuten langs de magnetische veldlijn.
Door de pulsaties van de röntgenstraling met de magnetische trillingen te blijven vergelijken, zullen we beginnen te weten of de hele magnetosfeer van Jupiter in de tijd trilt of dat dit van plaats tot plaats verschilt, zegt Dunn.
Afbeelding tegoed: Röntgenfoto: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al, Optisch: Zuidpool: Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran Noordpool Credit: NASA/JPL-Caltech /SwRI/MSSS
Er werd rekening gehouden met eventuele verstoringen in het magnetische veld en het team realiseerde zich dat de magentohydrodynamische golven waar ze naar keken in lijn waren met pulsen in röntgenstralen. Dit waren gecomprimeerde magentohydrodynamische golven. Ze werkten als compressiegolven , die trillingen ervaren evenwijdig aan de richting waarin ze reizen, en zich alleen kunnen voortplanten in een medium (materie in de ruimte ertussen), dat plasma was. De periodiciteiten , of herhaald optreden van een fenomeen binnen bepaalde tijdsperioden, uitgecheckt in zowel de XMM-Newton- als Juno-waarnemingen. Het was het bewijs dat nodig was om computermodellen te maken van wat er gaande was.
De consistente periodiciteit tussen de compressiegolven gemeten door Juno en de röntgenpulsaties gemeten door XMM-Newton zijn het belangrijkste bewijs, zegt Yao. Gedurende de 26 uur continue waarnemingen van röntgenstralen waren er drie intervallen waarin de twee datasets beschikbaar waren. De constante periodiciteit is hoogst onwaarschijnlijk toeval.
Verrassend genoeg zijn de aurora's van Jupiter dichter bij die van de aarde dan we dachten. Aurora's op onze eigen planeet ondergaan een proces dat lijkt op wat er op Jupiter gebeurt. Wanneer de zonnewind geladen deeltjes naar binnen blaast, rennen ze ook ons magnetisch veld in en razen naar de polen alsof ze in een kosmische achtbaan rijden. Ze botsen vervolgens tegen atmosferische moleculen die geïoniseerd door elektronen te winnen of te verliezen en een spectaculaire lichtshow te veroorzaken. Op Jupiter zijn aurora's intenser, zoals in permanent. Dit komt omdat deeltjes afkomstig zijn van het vulkanische zwaveldioxide van zijn constant uitbarstende maan Io in plaats van de zon.
Nu over de elektromagnetische ionen cyclotron (EMIC) golven die ook een verbinding hebben met aurora's op aarde. EEN cyclotron ontstaat wanneer een wisselend elektrisch veld geladen deeltjes versnelt, die tegelijkertijd rond een spiraalvormige of cirkelvormige baan in het magnetische veld dwarrelen. Deze golven worden aangetroffen in gemagnetiseerde plasma's en geven elektromagnetische energie vrij dicht bij het dichtstbijzijnde cyclotron. Yao kijkt ernaar uit om deze kennis te gebruiken bij toekomstig onderzoek naar andere planeten en manen.
Saturnus, Uranus en Neptunus kunnen allemaal systematische compressiegolven aansturen, ionenverdelingen moduleren en elektromagnetische cyclotrongolven opwekken die ionen zouden kunnen verstrooien om in planetaire atmosferen te precipiteren', zegt hij. 'Vulkanische activiteiten zijn ook niet de enige processen die zware ionen kunnen genereren. De grote waterdamppluimen op Saturnusmaan Enceladus produceren watergroepionen die niet veel verschillen van vulkanische ionen.
Het punt is dat de ionen in de magnetosfeer van Jupiter veel meer energie bevatten dan die in de magnetosferen van andere lichamen, dus verwacht geen hele lichtkoepel. Andere gasreuzen zoals Saturnus produceren misschien niet eens röntgenstraling. Toch is dit een fascinerende kijk op hoe speciale effecten in de ruimte worden gecreëerd.
Zijn de poollichtpulsen van Jupiter de signatuur van een wereldwijd proces of slechts een klein gelokaliseerd proces dat wordt gezien op de plaatsen die Juno tot nu toe heeft verkend? We weten het nog niet, zegt Dunn. Naarmate Juno meer en meer van de omgeving rond Jupiter verkent, zullen we hier hopelijk antwoord op krijgen.
