Teleskop ujawnia zaskakujące sekrety w zorzy polarnej Jowisza
Międzynarodowy zespół badaczy, kierowany przez doktorantkę z Northumbria University, dokonał ważnego odkrycia dotyczącego zorzy polarnej Jowisza. Naukowcy po raz pierwszy szczegółowo opisali strukturę temperatury oraz zmiany gęstości w górnej atmosferze tej olbrzymiej planety, obserwując niezwykłe zjawiska towarzyszące tzw. śladom zorzy wywoływanym przez jej księżyce.
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Geophysical Research Letters przedstawiają pierwsze szczegółowe pomiary spektralne w podczerwieni dotyczące śladów zorzy związanych z księżycami Io i Europa. Te jasne struktury powstają, gdy księżyce Galileuszowe oddziałują z potężnym polem magnetycznym Jowisza.
Obserwacje wykonano przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) – wspólnego projektu NASA, Europejskiej Agencji Kosmicznej i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej – który bada Wszechświat w zakresie promieniowania podczerwonego.
Jak wyjaśnia główna autorka badań, Katie Knowles, doktorantka fizyki planetarnej na Northumbria University, wcześniejsze obserwacje rejestrowały jedynie jasność emisji.
– Po raz pierwszy udało się określić fizyczne właściwości śladów zorzy – temperaturę górnej atmosfery Jowisza oraz gęstość jonów, o której wcześniej nie mieliśmy danych – podkreśla badaczka.
Zorza Jowisza różni się znacząco od ziemskiej
Na Ziemi zorza powstaje głównie pod wpływem wiatru słonecznego, natomiast w przypadku gazowego olbrzyma istotną rolę odgrywają jego cztery duże księżyce: Io, Europa, Ganimedes i Kallisto. Wchodząc w interakcję z magnetosferą planety, generują one własne „mini-zorze”.
Pole magnetyczne Jowisza obraca się wraz z planetą w ciągu około 10 godzin, transportując naładowane cząstki. Księżyce poruszają się jednak znacznie wolniej – Io potrzebuje około 42,5 godziny, aby okrążyć planetę. Ta różnica prowadzi do powstawania silnych prądów i strumieni cząstek, które wzdłuż linii pola magnetycznego uderzają w atmosferę Jowisza, tworząc charakterystyczne ślady zorzy.
Dane z JWST zebrano podczas 22-godzinnej sesji obserwacyjnej we wrześniu 2023 roku, kiedy teleskop skanował krawędź planety, śledząc obracającą się zorzę. Właśnie wtedy zarejestrowano ślady związane z Io i Europą.
Ku zaskoczeniu badaczy nie przypominały one głównej zorzy Jowisza, która zwykle jest gorąca i bogata w materię. W jednym z ujęć pojawił się wyraźny „zimny punkt” w śladzie zorzy Io – obszar o temperaturze znacznie niższej niż oczekiwano, ale jednocześnie o niezwykle wysokiej gęstości materii.
Io, najbardziej aktywne wulkanicznie ciało w Układzie Słonecznym, wyrzuca w przestrzeń kosmiczną około tysiąca kilogramów materii na sekundę. Gaz ten zostaje zjonizowany i tworzy wokół Jowisza torus plazmowy. Przemieszczając się przez to środowisko, księżyc generuje potężne prądy elektryczne odpowiedzialne za jedne z najjaśniejszych struktur w zorzy planety.
Analiza wykazała, że w śladach zorzy stężenie jonów H₃⁺ jest nawet trzykrotnie większe niż w głównej zorzy Jowisza. Na niewielkich obszarach gęstość potrafiła zmieniać się aż 45-krotnie.
– Zaobserwowaliśmy ogromne wahania temperatury i gęstości w ciągu zaledwie kilku minut – powiedziała Katie Knowles.
Oznacza to, że strumień wysokoenergetycznych elektronów bombardujących atmosferę planety zmienia się niezwykle szybko.
W odkrytym zimnym obszarze temperatura wynosiła około 538 kelwinów (265°C), podczas gdy w innych częściach zorzy sięgała 766 kelwinów (493°C). Jednocześnie gęstość materii była tam około trzykrotnie wyższa niż w głównym owalnym obszarze zorzy.
Wyniki badań mogą mieć znaczenie także dla innych planet. Podobne ślady zorzy powstają np. dzięki aktywności Enceladusa, księżyca Saturna, dlatego naukowcy podejrzewają, że analogiczne procesy mogą zachodzić w innych układach planetarnych.
Badaczka podkreśla, że obserwacje pozwalają śledzić reakcję atmosfery Jowisza na wpływ jego księżyców niemal w czasie rzeczywistym. Jednocześnie pozostaje wiele pytań: jak często pojawia się to zjawisko i od czego zależy jego intensywność.
Aby to sprawdzić, Knowles przeprowadziła kolejne obserwacje przy użyciu teleskopu NASA Infrared Telescope Facility na Hawajach. W styczniu 2026 roku przez sześć nocy analizowała obracający się ślad zorzy, licząc na ustalenie, czy tak silna zmienność jest zjawiskiem powszechnym czy raczej rzadkim.
Źródło: Northumbria University
Czytaj też: Polska spółka z kluczowym kontraktem na dostarczenie systemu do misji kosmicznej OrbitAID z Indii
Grafika tytułowa: Planet Volumes / Unsplash
