Необычные плазменные волны, обнаруженные над северным полюсом Юпитера, наконец-то могут получить объяснение!
Недавние наблюдения магнитного поля Юпитера, проведённые космическим аппаратом НАСА «Юнона», выявили необычное разнообразие плазменных волн, которые вызывают вопросы и не совсем соответствуют нашим привычным представлениям о том, как работают магнитосферы планет.
В новой статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные предлагают объяснение этих загадочных явлений. Они считают, что разные виды плазменных волн, которые раньше считались отдельными, на самом деле связаны между собой и могут превращаться друг в друга.
Плазменные волны — это колебания заряженных частиц в магнитосфере, похожие на рябь на поверхности воды. Обычно их делят на два типа: быстрые, высокочастотные волны, создаваемые электронами (их называют волнами Ленгмюра), и более медленные, низкочастотные волны, связанные с движением тяжёлых ионов (волны Альфвена).
Электроны, создающие ленгмюровские волны, колеблются вдоль линий магнитного поля Юпитера, подобно тому, как струна гитары вибрирует и создаёт звук. А вот ионы ведут себя иначе: они «привязаны» к магнитным линиям и вращаются вокруг них с определённой скоростью, называемой гирочастотой, которая ограничивает частоту альфвеновских волн.
Однако данные с «Юноны» показывают, что в северных широтах Юпитера плазменные волны ведут себя иначе, чем ожидалось: их частоты оказались ниже гирочастоты ионов, что необычно и противоположно привычным наблюдениям.
Чтобы разобраться в этом, группа учёных под руководством Роберта Лысака из Университета Миннесоты изучила, как альфвеновские волны могут превращаться в ленгмюровские в этих необычных условиях. По мере того как «Юнона» приближалась к северному полюсу Юпитера, плотность плазмы и количество электронов там снижались, что создавало особую среду для таких преобразований.
Учёные считают, что эта трансформация волн могла быть вызвана мощными потоками электронов с очень высокой энергией, которые «Юнона» уже замечала в 2016 году. Эти электроны двигались вверх с энергией около 100 тысяч электрон-вольт.
В итоге исследователи пришли к выводу, что вблизи северного полюса Юпитера существует новый тип плазменных волн, которые возникают в условиях сильного магнитного поля и низкой плотности плазмы. Это открытие помогает лучше понять сложную природу магнитосферы Юпитера и расширяет наши знания о процессах в космосе.