Космічний апарат NASA Juno допоміг ученим детальніше зрозуміти, як Юпітер взаємодіє із сонячним вітром — потоком заряджених частинок, що постійно надходять від Сонця. Дослідники виявили, що поблизу найбільшої планети Сонячної системи плазмові хвилі мають складнішу структуру, ніж у подібній області біля Землі. Крім того, перед основною межею взаємодії із сонячним вітром на Юпітері можуть виникати додаткові ударні структури.
Результати допоможуть краще зрозуміти, як енергія передається зарядженим частинкам у космічній плазмі. Ці процеси важливі не лише для планет, а й для дослідження потужних ударних хвиль поблизу залишків вибухів зірок.
Як Юпітер взаємодіє із сонячним вітром
Сонце постійно випускає потік електрично заряджених частинок, який називають сонячним вітром. Коли він наближається до планети з магнітним полем, перед областю взаємодії формується ударна хвиля — так звана головна ударна межа, або bow shock. У цій зоні частинки сонячного вітру сповільнюються, нагріваються та змінюють напрямок руху. Магнітне середовище планети допомагає відводити значну частину потоку навколо неї.
Юпітер особливо цікавий для таких досліджень через свої величезні розміри та потужне магнітне поле. Науковці давно прагнули з’ясувати, чи відрізняється механізм взаємодії сонячного вітру з цією планетою від процесів поблизу Землі.
Плазмові хвилі мають складнішу структуру
Команда під керівництвом дослідників з Університету Айови проаналізувала вимірювання Juno й виявила, що в області ударної межі Юпітера присутні плазмові хвилі з кількома частотами. Такі складові називають гармоніками.
Вони можуть взаємодіяти між собою та із зарядженими частинками, допомагаючи передавати енергію сонячного вітру й нагрівати його. На відміну від цього, у подібній області поблизу Землі часто переважають хвилі з однією основною частотою.
Дослідниця Джаясрі Джозеф з Університету Айови пояснює, що наявність кількох частот може забезпечувати ефективнішу взаємодію з більшою кількістю частинок. Однак це не означає, що Юпітер має універсально кращий захист: умови біля двох планет суттєво відрізняються.
Перед головною ударною межею є додаткові структури
Ще однією особливістю Юпітера виявилися так звані shocklets — невеликі ударні структури, які можуть виникати перед основною ударною межею. Вони допомагають змінювати властивості сонячного вітру ще до того, як він досягне головної області взаємодії.
Біля Землі основна ударна межа зазвичай відіграє центральну роль у сповільненні потоку. На Юпітері ж процес може бути складнішим і включати кілька послідовних областей взаємодії. За словами співавтора дослідження Білла Курта з Університету Айови, відмінності пов’язані з різними умовами, у яких планети взаємодіють із сонячним вітром.
Чому дослідження важливе для астрофізики
Подібні ударні хвилі виникають не лише біля планет. Вони також трапляються в надзвичайно енергетичних космічних середовищах, зокрема в залишках наднових — хмарах речовини, що розширюються після вибухів певних зірок.
Такі явища набагато масштабніші за процеси поблизу Юпітера, але фізичні принципи передачі енергії плазмі мають спільні риси. Детальні вимірювання біля планети дають змогу вивчати механізми, які складно безпосередньо спостерігати на великих відстанях.
Які дані зібрав апарат Juno
Ключові вимірювання апарат зібрав у грудні 2024 року. Juno обертається навколо Юпітера з липня 2016-го та досліджує планету й навколишнє магнітне середовище. Важливу роль відіграв прилад Waves, створений за участю фізиків Університету Айови. Він реєструє електричні та магнітні хвилі, що дає змогу вивчати поведінку плазми поблизу планети.
Раніше космічні апарати вже виявляли ударні межі біля зовнішніх планет, але отриманих даних було недостатньо для детального аналізу структури плазмових хвиль. Нові спостереження Juno допомогли розкрити ці особливості.
Результати дослідження опублікували онлайн 31 липня в журналі Nature Communications у статті «Plasma wave observations from Juno spacecraft at the Jovian bow shock». Вони розширюють розуміння того, як планети взаємодіють із сонячним вітром і як плазма переносить енергію в різних куточках Всесвіту.
