4 augustus 2021

Aurora’s van Jupiter veroorzaakt door ‘surfende’ ionen op elektromagnetische golven

Een team astronomen o.l.v. William Dunn van het University College London, is er voor het eerst in geslaagd de oorzaak te achterhalen van de fraaie röntgen-aurora’s die Jupiter produceert. Deze aurora’s bestaan uit botsende geladen deeltjes, ionen, in de atmosfeer van de grote gasreus. Echter hoe deze ionen überhaupt in Jupiter’s atmosfeer terecht konden komen was tot voorheen niet duidelijk. Nu heeft het team van Dunn voor het eerst de ionen zien ‘surfen’ op elektromagnetische golven in het magnetische veld van Jupiter, de atmosfeer in. Dit alles kwam aan het licht na nieuwe data-analyses van ESA’s XMM-Newton-telescoop en NASA’s Juno-sonde. De XMM-Newton maakt op afstand waarnemingen van Jupiter op röntgengolflengten. Juno cirkelt rond de gigantische planeet zelf en neemt in-situ metingen vanuit het magnetische veld van Jupiter. Maar de vraag was: waar moest het team naar zoeken? De aanwijzing kwam toen co-onderzoeker Zhonghua Yao (Universiteit van Beijing) zich realiseerde dat er iets niet klopte aan Jupiter’s röntgen-aurora’s. Op aarde zijn aurora’s alleen zichtbaar in een gordel rond de magnetische polen, tussen 65 en 80 graden noorderbreedte. Boven de 80 graden verdwijnt de poollichtemissie omdat de magnetische veldlijnen hier de aarde verlaten en zich verbinden met het magnetische veld in de zonnewind, de constante stroom van elektrisch geladen deeltjes die door de zon worden uitgestoten. Dit worden open veldlijnen genoemd en traditioneel wordt niet verwacht dat de poolgebieden van Jupiter en Saturnus op hoge breedtegraden substantiële aurora’s uitzenden. De röntgenaurora’s van Jupiter zijn echter niet consistent met dit beeld. Ze bevinden zich poolwaarts van de noordpoolgordel, pulseren regelmatig en kunnen bij de noordpool soms anders zijn dan bij de zuidpool. Dit zijn typische kenmerken van een ‘gesloten’ magnetisch veld, waarbij de magnetische veldlijn de planeet verlaat aan de ene pool en zich opnieuw verbindt met de planeet aan de andere pool.

Exploratie van Jupiter Credits; NASA/ESA

Met behulp van computersimulaties ontdekte Zhonghua reeds eerder dat de pulserende röntgenstraling kan worden gekoppeld aan gesloten magnetische velden die in Jupiter worden gegenereerd en zich vervolgens miljoenen kilometers in de ruimte uitstrekken voordat ze terugkeren. Op 16 en 17 juli 2017 observeerde de XMM_Newton Jupiter continu gedurende 26 uur en ‘zag’ elke 27 minuten pulserende röntgenstraling. Tegelijkertijd reisde Juno tussen 62 en 68 Jupiter-radii boven de ‘pre-dawn’-gebieden van de planeet. Dit was precies het gebied waarvan de simulaties van het team suggereerden dat het belangrijk was voor het activeren van de pulsaties. Dus zocht het team in de Juno-gegevens naar magnetische processen die in hetzelfde tempo plaatsvonden. Ze ontdekten dat de pulserende röntgenstraling wordt veroorzaakt door fluctuaties van het magnetisch veld van Jupiter. Terwijl de planeet draait, sleept hij rond zijn magnetisch veld. Het magnetische veld wordt direct getroffen door de deeltjes van de zonnewind en samengedrukt. Deze compressies verhitten deeltjes die gevangen zitten in het magnetische veld van Jupiter. Dit veroorzaakt een fenomeen dat elektromagnetische ionencyclotron (EMIC) golven wordt genoemd, waarbij de deeltjes (ionen) langs de veldlijnen worden gericht. Geleid door het veld ‘surfen’ de ionen over de EMIC-golf door miljoenen kilometers ruimte, uiteindelijk botsen ze in de atmosfeer van de planeet en veroorzaken ze de röntgenaurora. De resultaten van het onderzoek zijn recent gepubliceerd in ScienceAdvances.

Jupiter’s aurora’s Credits; ESA

Nu het proces van deze aurora’s voor het eerst geïdentificeerd, opent het mogelijkheden voor vervolgstudie. Bij Jupiter is het magnetische veld bijvoorbeeld gevuld met zwavel- en zuurstofionen die worden uitgespuwd door de vulkanen op de maan Io. Bij Saturnus spuit de maan Enceladus water de ruimte in, waardoor het magnetische veld van Saturnus wordt gevuld met waterionen. “Dit is een fundamenteel proces dat van toepassing is op Saturnus, Uranus, Neptunus en waarschijnlijk ook op exoplaneten”, aldus Zhonghua, en vervolgt: “Het kan zelfs breder toepasbaar zijn, er is een opvallende gelijkenis met de ionen-aurora’s die hier op aarde plaatsvinden.” In het geval van de aarde is het verantwoordelijke ion een proton, dat afkomstig is van een waterstofatoom, en het proces is niet energetisch genoeg om röntgenstralen te creëren. Toch is het basisproces hetzelfde, de röntgenstraling van Jupiter is in wezen een ionen-aurora, hoewel met een veel hogere energie dan de proton-aurora op aarde. “Het kan zijn dat EMIC-golven een belangrijke rol spelen bij het overbrengen van energie van de ene plaats naar de andere door de kosmos”, aldus Dunn. De studie van Jupiter’s aurora’s zal worden voortgezet met ESA’s JUpiter ICy moons Explorer (Juice). Juice zal in 2029 bij Jupiter arriveren en de atmosfeer, de magnetosfeer en het effect van de vier grootste manen van Jupiter op de aurora’s bestuderen. Bron: ESA/NASA

Laat wat van je horen

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.