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El misterio de las auroras de Júpiter finalmente se resolvió, y la Tierra tiene más en común con ellas de lo que pensábamos

2024

Júpiter se ilumina de una manera que podría rivalizar con la mayoría de los parques temáticos después del anochecer (sin mencionar las auroras de la Tierra), pero ¿qué hay detrás de esta brujería? Plasma.

Las fantásticas llamaradas de rayos X de las auroras de Júpiter tienen algunas cosas en común con las auroras boreales de nuestro propio planeta. Ambos son activados por líneas de campo magnético vibrante, excepto que Júpiter libera suficiente energía para alimentar temporalmente a toda la civilización humana. A diferencia de la versión terrestre del fenómeno, los de Júpiter también son invisibles para nosotros porque solo brillan con radiación X. Estos tenían algo que ver con el campo magnético. Ahora sabemos que .

Codirigido por los científicos planetarios Zhonghua Yao de la Academia China de Ciencias y Wiliam Dunn del University College London, un equipo de investigadores finalmente lo llamó en un estudio publicado recientemente en Avances científicos. Lo que se sabía antes era que las auroras ocurrían cuando los iones chocaban con la atmósfera joviana, y que hay plasma entre sus líneas de campo magnético. Yao descubrió que estos iones chocan contra la atmósfera y liberan iones en forma de rayos X cuando estas líneas de campo magnético desencadenan ondas en el plasma.

La pregunta clave era qué podía forzar periódicamente a los iones a estrellarse contra la atmósfera de Júpiter, dijo Yao a SYFY WIRE. Entonces la pregunta fue: ¿cómo se relacionan las ondas compresionales y las precipitaciones de iones? Las ondas ciclotrónicas de iones electromagnéticos son una conexión ideal de la física teórica del plasma.

Retroceda un segundo. Llegaremos a las ondas ciclotrónicas de iones electromagnéticos en un momento. Pero primero, las observaciones.

Yao y su equipo utilizaron datos de la sonda de Júpiter Juno y el observatorio espacial XMM-Newton para descubrir la ciencia detrás de estos fenómenos casi de ciencia ficción. XMM-Newton es uno de los observatorios de rayos X más avanzados que existen. Puede detectar cuántos rayos X se liberan de los polos de Júpiter lo suficientemente rápido como para revelar los detalles de las variaciones en esas emisiones durante períodos cortos de tiempo. La frecuencia con la que pulsaban los rayos X era una pista que finalmente conduciría a la respuesta. Las ondas electromagnéticas de plasma u ondas magentohidrodinámicas viajan a lo largo de la línea del campo magnético en decenas de minutos.

Al continuar comparando las pulsaciones de rayos X de la aurora con las vibraciones magnéticas, comenzaremos a saber si toda la magnetosfera de Júpiter está vibrando en el tiempo o si esto varía de un lugar a otro, dice Dunn.

Crédito de la imagen: Rayos X: NASA / CXC / UCL / W.Dunn et al, Óptica: Polo Sur: Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran Polo Norte Crédito: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

Se tuvo en cuenta cualquier perturbación en el campo magnético y el equipo se dio cuenta de que las ondas magentohidrodinámicas que estaban viendo se alineaban con los pulsos de los rayos X. Estas eran ondas magentohidrodinámicas comprimidas. Ellos operaban como ondas compresionales , que experimentan vibraciones paralelas a la dirección en que viajan, y solo pueden propagarse en un medio (materia en el espacio intermedio), que era el plasma. El periodicidades , o ocurrencias repetidas de un fenómeno dentro de ciertos períodos de tiempo, comprobado en las observaciones de XMM-Newton y Juno. Era la evidencia necesaria para crear modelos informáticos de lo que estaba sucediendo.

Las periodicidades consistentes entre las ondas de compresión medidas por Juno y las pulsaciones de rayos X medidas por XMM-Newton son la evidencia clave, dice Yao. Durante las 26 horas de observaciones continuas de rayos X, hubo tres intervalos en los que los dos conjuntos de datos estuvieron disponibles. La periodicidad constante es extremadamente improbable que sea una coincidencia.

Sorprendentemente, las auroras de Júpiter están más cerca de las de la Tierra de lo que pensábamos. Las auroras de nuestro propio planeta pasan por un proceso similar al que ocurre en Júpiter. Cuando el viento solar sopla partículas cargadas, también entran en nuestro campo magnético y se dirigen hacia los polos como si estuvieran montando una montaña rusa cósmica. Luego chocan contra moléculas atmosféricas que se convierten en ionizado ganando o perdiendo electrones y desencadenar un espectacular espectáculo de luces. En Júpiter, las auroras son más intensas, como permanentes. Esto se debe a que las partículas provienen del dióxido de azufre volcánico de su luna en constante erupción Io en lugar del Sol.

Ahora sobre el ondas ciclotrónicas de iones electromagnéticos (EMIC) que también tienen una conexión con las auroras de la Tierra. A ciclotrón se forma cuando un campo eléctrico alterno acelera las partículas cargadas, que giran alrededor de una vía espiral o circular dentro del campo magnético al mismo tiempo. Estas ondas se encuentran en plasmas magnetizados y liberan energía electromagnética cerca del ciclotrón más cercano. Yao espera poder utilizar este conocimiento en futuras investigaciones de otros planetas y lunas.

Saturno, Urano y Neptuno pueden impulsar ondas de compresión sistemáticas, modulando las distribuciones de iones, excitando ondas ciclotrónicas de iones electromagnéticos que podrían dispersar iones para precipitarlos en atmósferas planetarias ”, dice. “Las actividades volcánicas tampoco son los únicos procesos que pueden generar iones pesados. Las grandes columnas de vapor de agua en Encelado, la luna de Saturno, producen iones del grupo de agua que no son tan diferentes de los iones volcánicos.

El caso es que los iones en la magnetosfera de Júpiter tienen mucha más energía que los que se encuentran en las magnetosferas de otros cuerpos, así que no espere una capa de luz completa. Es posible que otros gigantes gaseosos como Saturno ni siquiera produzcan auroras de rayos X. Aún así, esta es una mirada fascinante a cómo se crean los efectos especiales en el espacio.

¿Son los pulsos aurorales de Júpiter la firma de un proceso global o simplemente un pequeño proceso localizado visto en los lugares que Juno ha explorado hasta ahora? Todavía no lo sabemos, dice Dunn. A medida que Juno explora más y más el entorno alrededor de Júpiter, esperamos poder responder a esto.