دانشمندان رمز و راز 40 ساله شفق قطبی اشعه ایکس مشتری را حل کردند

سمت چپ، پیش‌بینی شفق قطبی اشعه ایکس مشتری (بنفش) را نشان می‌دهد که روی یک تصویر قابل مشاهده Junocam از قطب شمال را پوشانده شده است. سمت راست همتای جنوبی آن را نشان می‌دهد. اعتبار: NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn

یک تیم تحقیقاتی با همکاری UCL رمز و راز چند دهه پیش را در مورد اینکه مشتری هر چند دقیقه یک بار انفجار پرتوی ایکس ایجاد می‌کند را حل کرده است.

اشعه ایکس بخشی از شفق قطبی مشتری است – انفجارهای نور مرئی و نامرئی که هنگام تعامل ذرات باردار با جو سیاره رخ می‌دهد. پدیده‌ای مشابه در زمین رخ می‌دهد و شفقهای قطبی شمالی را ایجاد می‌کند، اما مشتری بسیار قدرتمندتر است و صدها گیگاوات انرژی را آزاد می‌کند، که به برای تأمین قدرت تمدن بشری کافی است.

در یک مطالعه جدید، منتشر شده در Science Advances، محققان مشاهدات نزدیکی از محیط مشتری توسط ماهواره جونوی ناسا که هم اکنون در حال چرخش به دور سیاره است، با اندازه‌گیری همزمان اشعه ایکس از رصدخانه XMM-Newton آژانس فضایی اروپا (که در مدار خود زمین) انجام دادند.

تیم تحقیقاتی به سرپرستی UCL و آکادمی علوم چین دریافتند که شراره‌های اشعه ایکس در اثر ارتعاشات دوره‌ای خطوط میدان مغناطیسی مشتری ایجاد می‌شوند. این ارتعاشات باعث ایجاد امواجی از پلاسما (گاز یونیزه) می‌شود که ذرات یون سنگین را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی “فعال” می‌کند تا اینکه در جو سیاره خرد شده و انرژی را به صورت اشعه ایکس آزاد کنند.

نویسنده همکار دکتر ویلیام دان (آزمایشگاه علوم فضایی UCL مولارد) گفت: “ما چهار دهه است که مشتری را در حال تولید شفق قطبی اشعه ایکس می‌بینیم، اما نمی‌دانستیم که چگونه این اتفاق افتاده است. ما فقط می‌دانستیم که آنها هنگام سقوط یون‌ها تولید می‌شوند و به جو سیاره وارد می‌شوند.

“اکنون می‌دانیم که این یونها توسط امواج پلاسما منتقل می‌شوند، حتی اگر روند مشابهی شفق قطبی زمین را تولید کند (توضیحی که قبلاً ارائه نشده است). بنابراین، این می‌تواند یک پدیده جهانی باشد، در بسیاری از محیطهای مختلف فضا وجود دارد.”

برای اولین بار‌، ستاره‌شناسان نحوه فشرده‌سازی میدان مغناطیسی مشتری را مشاهده کرده‌اند که ذرات را گرم می‌کند و آنها را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی به داخل جو مشتری هدایت می‌کند و شفق قطبی اشعه X را به وجود می‌آورد. این اتصال با ترکیب داده‌های ماموریت جونوی ناسا با مشاهدات اشعه ایکس از XMM-Newton ESA برقرار شد.

شفق‌های اشعه ایکس در قطبهای شمالی و جنوبی مشتری اتفاق می‌افتد، که اغلب با نظم کار می‌کنند – در این مشاهدات مشتری هر 27 دقیقه یکبار پرتوهای ایکس تولید می‌کند.

ذرات یونی باردار که به اتمسفر برخورد می‌کنند از گاز آتشفشان‌های غول‌پیکر روی قمر مشتری یعنی آیو به فضا می‌ریزند.

این گاز در اثر برخورد در محیط نزدیک مشتری یونیزه می‌شود (اتم‌های آن از الکترون آزاد می‌شوند) و یک دونات پلاسما را تشکیل می‌دهد که سیاره را محاصره می‌کند.

نویسنده همکار دکتر ژوناگوا یائو (آکادمی علوم چین، پکن) گفت: “اکنون ما این فرآیند اساسی را شناسایی کرده‌ایم، امکانات زیادی وجود دارد که در آن مکان مورد بررسی قرار می‌گیرد. فرآیندهای مشابه احتمالاً در اطراف زحل، اورانوس، نپتون و احتمالاً سیارات فراخورشیدی نیز، با انواع مختلف ذرات باردار، اتفاق می‌افتد. “

پروفسور Graziella Branduardi-Raymont (آزمایشگاه علوم فضایی UCL مولارد)، همكار، گفت: “اشعه ایكس معمولاً توسط پدیده‌های بسیار قدرتمند و خشن مانند سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی تولید می‌شود، بنابراین عجیب به نظر می‌رسد كه سیارات نیز آنها را تولید كنند.

“ما هرگز نمی‌توانیم از سیاهچاله‌ها دیدن کنیم، زیرا فراتر از سفرهای فضایی است، اما مشتری در نزدیکی ما واقع شده است. با ورود ماهواره جونو به مدار مشتری، ستاره‌شناسان اکنون فرصتی خارق العاده برای مطالعه محیطی دارند که از نزدیک اشعه ایکس تولید می‌کند. “

شفق‌های اشعه ایکس مرموز مشتری توضیح داده شده است و تلاش 40 ساله برای یافتن پاسخ به پایان می‌رسد. برای اولین بار، ستاره‌شناسان نحوه فشرده‌سازی میدان مغناطیسی مشتری را مشاهده کرده‌اند که ذرات را گرم می‌کند و آنها را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی به داخل جو مشتری هدایت می‌کند و شفق قطبی اشعه ایکس را به وجود می‌آورد. این اتصال با ترکیب داده‌های ماموریت جونوی ناسا با مشاهدات اشعه ایکس از XMM-Newton ESA برقرار شد. اعتبار: ESA / NASA / Yao / Dunn

برای مطالعه جدید، محققان مشاهدات مشتری و محیط پیرامونی آن را که به طور مداوم و در یک دوره 26 ساعته توسط ماهواره‌های Juno و XMM-Newton انجام شده است، مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.

آنها همبستگی واضحی بین امواج موجود در پلاسمای شناسایی شده توسط جونو و شراره‌های اشعه ایکس در قطب شمال مشتری را یافتند که توسط X-MM نیوتن ثبت شده است. آنها سپس با استفاده از مدلسازی رایانه‌ای تأیید کردند که امواج ذرات سنگین را به سمت جو مشتری سوق می‌دهند.

میدان مغناطیسی مشتری بسیار قوی است – حدود 20 هزار برابر زمین – و بنابراین مغناطیس کره آن، ناحیه کنترل شده توسط این میدان مغناطیسی، بسیار بزرگ است. اگر در آسمان شب قابل مشاهده بود، منطقه‌ای چندین برابر ماه ما را پوشش می‌داد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Scientists solve 40-year mystery over Jupiter’s X-ray aurora

by University College London

https://phys.org/news/2021-07-scientists-year-mystery-jupiter-x-ray.html