Juno je tokom preleta 7. juna 2021. otkrio niz odvojenih auroralnih mrlja na Ganimedu koje podsećaju na zemaljske "perle". Svaka mrlja je širine oko 50 km i može dostići intenzitet do ~200 Rayleigha; pojavljivale su se blizu granice otvorenih i zatvorenih magnetnih linija. Modeli i poređenja skala ukazuju na ballooning nestabilnost uz ulogu jona kiseonika (~100–200 eV). Duža posmatranja očekuju se od ESA-ine misije Juice oko 2031.
Juno je otkrio „perle“ na Ganimedu: šta nam govore auroralne mrlje na najvećem mesecu
Juno spotted bead-like auroras on Ganymede, suggesting Earth-like magnetic processes may shape the Jovian moon’s glowing skies. (CREDIT: NASA/JPL-Caltech/SwRI/UVS/ULiège/Gusbin/Bonfond)
Tokom bliskog preleta 7. juna 2021. godine, NASA-ina sonda Juno zabeležila je neobične, jasno odvojene sjajne mrlje u auroli Ganimeda — strukture koje podsećaju na auroralne „perle“ viđene na Zemlji i Jupiteru. Otkriće je iznenađujuće jer Ganimed, iako je mesec, poseduje sopstveno unutrašnje magnetsko polje i malu magnetosferu.
Artistic views of the ultraviolet aurorae on Ganymede, based on Juno’s close-up observations from 7th July 2021. (CREDIT: NASA/JPL-Caltech / SwRI / UVS / ULiège / Gusbin / Bonfond)
Osnovni podatci: posmatranje je izvršeno ultraljubičastim spektrografom Junovog instrumenta tokom prolaza na udaljenosti od približno 1.000 km; zabelejene su emisije kiseonika na talasnim dužinama 130,4 i 135,6 nm, sa prostornom rezolucijom od ~4 do 27 km (najfinije mere suštili detalje od svega nekoliko kilometara).
NASA’s Hubble Space Telescope observed a pair of auroral belts encircling the Jovian moon Ganymede. (CREDIT: NASA, ESA, and J. Saur (University of Cologne, Germany); Ganymede Globe Credit: NASA, JPL, and the Galileo Project)
Šta su videli naučnici?
Umesto glatke auroralne zavese, tim je primetio lanac odvojenih sjajnih mrlja — tipične poprečne širine oko 50 km, s najjačim vrednostima do ~200 Rayleigha. Mrlje su se pojavile na "prednjoj" strani meseca, blizu granice između otvorenih i zatvorenih linija magnetnog polja, odnosno u regionu gde Ganimedovo i Jovovo magnetno polje međusobno deluju.
Projection of Ganymede’s FUV aurora acquired by Juno-UVS on June 7th, 2021, from 16:52 to 17:04 UTC. (CREDIT: Astronomy and Astrophysics)
Mogući mehanizmi i modeli
Autori rada (Laboratorija za atmosfersku i planetarnu fiziku, Univerzitet u Liègeu, i međunarodni saradnici) koristili su magnetohidrodinamički model magnetosfere Ganimeda. Model povezuje auroralne mrlje sa delovima spoljne, "downstream" magnetosfere i regionom rekonekcije — mestima gde se magnetska polja brzo preuređuju i oslobađaju energiju.
Closed and open magnetic field lines (red and blue, respectively) near the OCFB of Ganymede’s magnetosphere. (CREDIT: Astronomy and Astrophysics)
Upoređivanjem dimenzija mrlja (površinska širina ~50 km, odgovarajuća skala u magnetnom repu ~75 km) sa gyroradijusima različitih jona, autori su zaključili da protoni ili molekularni vodonični joni zahtevaju prevelike energije (1–3 keV) da bi objasnili posmatranu skalu. Nasuprot tome, joni kiseonika i molekularni kiseonični joni pri energijama reda 100–200 eV bolje odgovaraju posmatranim karakteristikama, što ukazuje na ballooning (balonirajuću) nestabilnost kao verovatan pokretač.
Ograničenja i nepoznanice
Posmatranje je trajalo manje od 15 minuta i snimljeno je relativno malo uzoraka po mrlji (otprilike 20–150 događaja, sa signal-šum odnosima ~1,5–3 na finijim mrežama). Zbog toga ivice struktura nisu potpuno precizne, ali čak i pri konzervativnijoj proceni (30–40 km) zaključci o rezonantnim jonima i mehanizmu ostaju održivi.
Južna hemisfera Ganimeda nije pokazala istu jasnoću mrlja na ovim snimcima, ali istraživači smatraju da je verovatniji razlog geometrija posmatranja (veća udaljenost i visoki uglovi emisije) nego stvarna asimetrija; međutim, prava asimetričnost zbog uslova u Jupiterovom plazmenom okruženju takođe ne može biti isključena.
Šta sledi?
Juno neće ponovo proleteti pored Ganimeda, pa su ključna pitanja — učestalost i dinamika ovih mrlja, kao i postojanje substormova ili "dawn stormova" na Ganimedu — prepuštena budućim misijama. ESA-in Juice (Jupiter Icy Moons Explorer), koji stiže u sistem Jupitera oko 2031. godine, nosi ultraljubičasti spektrograf sličan Junovom i trebalo bi da pruži duža i ponovljena posmatranja potrebna za razrešenje ovih pitanja.
Zaključak: Otkrivene auroralne "perle" na Ganimedu ukazuju da isti osnovni magnetosferski procesi — rekonekcija i lokalne nestabilnosti koje pokreću joni kiseonika — mogu delovati na vrlo različitim telima u Sunčevom sistemu. Ganimed se zbog toga potvrđuje kao dragoceno prirodno "laboratorijum" za proučavanje svemirskog vremena izvan Zemlje.
Izvor: analiza i rezultati objavljeni u časopisu Astronomy & Astrophysics; originalno posmatranje: Juno (7. jun 2021).
Pomozite nam da budemo bolji.
