Entrevistas

O mistério das auroras de Júpiter finalmente resolvido - e a Terra tem mais em comum com elas do que pensávamos

2024

Júpiter se ilumina de uma forma que poderia rivalizar com a maioria dos parques temáticos após o anoitecer (para não mencionar as auroras da Terra) - mas o que está por trás dessa feitiçaria? Plasma.

As fantásticas erupções de raios-X das auroras de Júpiter têm algumas coisas em comum com as luzes do norte de nosso próprio planeta. Ambos são acionados por linhas de campo magnético vibrantes, exceto que Júpiter libera energia suficiente para alimentar temporariamente toda a civilização humana. Ao contrário da versão terrestre do fenômeno, os de Júpiter também são invisíveis para nós porque brilham apenas na radiação-X. Isso tinha algo a ver com o campo magnético. Agora sabemos o que .

Co-liderado pelos cientistas planetários Zhonghua Yao da Academia Chinesa de Ciências e Wiliam Dunn da University College London, uma equipe de pesquisadores finalmente considerou isso em um estudo publicado recentemente em Science Advances. O que se sabia antes era que as auroras ocorriam quando íons colidiam com a atmosfera de Júpiter e que há plasma entre suas linhas de campo magnético. Yao descobriu que esses íons se chocam com a atmosfera e liberam íons na forma de raios-X quando essas linhas de campo magnético ativam ondas no plasma.

A questão principal era o que poderia forçar periodicamente os íons a colidir com a atmosfera de Júpiter, Yao disse ao SYFY WIRE. Então a questão passou a ser: como as ondas de compressão e as precipitações de íons estão conectadas? As ondas de cíclotron de íons eletromagnéticos são uma conexão ideal da física teórica de plasma.

Recue apenas um segundo. Chegaremos às ondas cíclotron de íons eletromagnéticos em um momento. Mas primeiro, as observações.

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Yao e sua equipe usaram dados da sonda Juno de Júpiter e do observatório espacial XMM-Newton para descobrir a ciência por trás desses fenômenos quase de ficção científica. O XMM-Newton é um dos observatórios de raios-X mais avançados que existem. Ele pode captar quantos raios-X são liberados dos pólos de Júpiter com rapidez suficiente para revelar os detalhes das variações dessas emissões em curtos períodos de tempo. A frequência com que os raios X pulsavam era uma dica que acabaria por levar à resposta. As ondas eletromagnéticas de plasma ou ondas magentohidrodinâmicas viajam ao longo da linha do campo magnético em dezenas de minutos.

Continuando a comparar as pulsações da aurora de raios-X com as vibrações magnéticas, começaremos a saber se toda a magnetosfera de Júpiter está vibrando no tempo ou se isso varia de um lugar para outro, diz Dunn.

Crédito da imagem: Raio-X: NASA / CXC / UCL / W.Dunn et al, Ótico: Pólo Sul: Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran Pólo Norte Crédito: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

Quaisquer distúrbios no campo magnético foram levados em consideração, e a equipe percebeu que as ondas magentohidrodinâmicas que eles estavam observando se alinhavam com os pulsos de raios-X. Estas eram ondas magentohidrodinâmicas comprimidas. Eles operaram como ondas de compressão , que experimentam vibrações paralelas à direção em que viajam e só podem se propagar em um meio (matéria no espaço intermediário), que era o plasma. O periodicidades , ou ocorrências repetidas de um fenômeno dentro de certos períodos de tempo, verificado nas observações do XMM-Newton e do Juno. Era a evidência necessária para criar modelos de computador do que estava acontecendo.

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As periodicidades consistentes entre as ondas de compressão medidas por Juno e as pulsações de raios-X medidas por XMM-Newton são as evidências principais, diz Yao. Ao longo das 26 horas de observações contínuas de raios-X, houve três intervalos quando os dois conjuntos de dados estavam disponíveis. A periodicidade consistente é extremamente improvável de uma coincidência.

Surpreendentemente, as auroras de Júpiter estão mais próximas das da Terra do que pensávamos. As auroras em nosso próprio planeta passam por um processo não muito diferente do que acontece em Júpiter. Quando o vento solar sopra partículas carregadas, elas também entram em nosso campo magnético e aceleram em direção aos pólos como se estivessem em uma montanha-russa cósmica. Eles então se chocam com as moléculas atmosféricas que se tornam ionizado ganhando ou perdendo elétrons e desencadeando um espetacular show de luzes. Em Júpiter, as auroras são mais intensas, como nas permanentes. Isso ocorre porque as partículas vêm do dióxido de enxofre vulcânico de sua lua Io em constante erupção, em vez do sol.

Agora sobre o ondas eletromagnéticas cíclotron de íons (EMIC) que também têm uma conexão com as auroras na Terra. UMA cíclotron se forma quando um campo elétrico alternado acelera partículas carregadas, que giram em torno de uma espiral ou caminho circular dentro do campo magnético ao mesmo tempo. Essas ondas são encontradas em plasmas magnetizados e liberam energia eletromagnética perto do ciclotron mais próximo. Yao espera usar esse conhecimento em futuras investigações de outros planetas e luas.

Saturno, Urano e Netuno podem todos conduzir ondas compressivas sistemáticas, modulando distribuições de íons, estimulando ondas eletromagnéticas de ciclotron que podem espalhar íons para precipitar em atmosferas planetárias ', diz ele. 'Atividades vulcânicas também não são os únicos processos que podem gerar íons pesados. As grandes plumas de vapor d'água na lua de Saturno, Enceladus, produzem íons do grupo de água que não são muito diferentes dos íons vulcânicos.

A questão é que os íons na magnetosfera de Júpiter são de muito mais alta energia do que aqueles encontrados nas magnetosferas de outros corpos, então não espere uma escala de luz inteira. Outros gigantes gasosos como Saturno podem nem mesmo produzir auroras de raios-X. Ainda assim, esta é uma visão fascinante de como os efeitos especiais são criados no espaço.

Os pulsos aurorais de Júpiter são a assinatura de um processo global ou apenas um pequeno processo localizado visto nos lugares que Juno explorou até agora? Ainda não sabemos, diz Dunn. À medida que Juno explora mais e mais o ambiente ao redor de Júpiter, esperamos poder responder a isso.