Магнитные торнадо поднимают аэрозоли в нижней атмосфере, создавая плотный участок вихревого тумана
Планетологи объявили о «штормовом предупреждении» на Юпитере после того, как было обнаружено, что магнитные вихри, проникающие из ионосферы планеты в его глубокие слои атмосферы, приводят к образованию гигантских антициклонов размером с Землю. Эти антициклонные штормы проявляются в виде тёмных овалов и видны как плотные облака в стратосфере Юпитера. Однако они заметны только в ультрафиолетовом свете и были впервые зафиксированы в северном и южном полюсах Юпитера с помощью телескопа «Хаббл» в конце 1990-х годов. Позже они были подтверждены на северном полюсе Юпитера с помощью космического аппарата NASA «Кассини», который пролетел мимо планеты в 2000 году по пути к Сатурну. Однако их происхождение оставалось загадкой.
Теперь, под руководством Троя Цуботы, студента Университета Калифорнии в Беркли, учёные выяснили, что эти овалы образуются в результате вихрей магнитных торнадо, возникающих при трении между линиями магнитного поля в мощном магнитном поле Юпитера. Ключ к пониманию поглощающих ультрафиолет антициклонов был найден в ежегодных изображениях Юпитера, сделанных «Хабблом» в рамках проекта «Наследие атмосфер внешних планет» (OPAL). Проект включает в себя съёмку каждой из гигантских планет — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — раз в год для отслеживания их изменений.
«Мы поняли, что эти изображения OPAL были как золотая жила», — сказал Цубота. В изображениях, сделанных «Хабблом» с 2015 по 2022 год, Цубота обнаружил тёмный овал на южном полюсе планеты три четверти времени, но только один раз на северном полюсе из восьми изображений.
Как и на Земле, магнитное поле Юпитера сходится на его полюсах. Это скопление магнитных линий направляет заряженные частицы к полярным регионам, где они сталкиваются с атмосферными молекулами, создавая полярные сияния. На Юпитере авроральные огни обнаруживаются только в ультрафиолетовом диапазоне. Появление таких переходных явлений, как тёмные овалы на полюсах Юпитера, явно указывало на связь с магнитным полем планеты.
Цубота и его научный руководитель Майкл Уонг объединили усилия с планетарными учёными из Университета Нортумбрии и Университета Калифорнии, чтобы исследовать, что вызывает тёмные овалы. Вокруг Юпитера, заключенный в его гигантском магнитном поле, находится «плазменный тор Ио» — кольцо заряженных частиц, выбрасываемых из многочисленных вулканов на луне Юпитера, Ио. Сталлард предположил, что трение между магнитными линиями в «плазменном торе» и линиями поля, находящимися ближе к планете в ионосфере, может регулярно вызывать образование магнитных вихрей, которые проникают глубоко в стратосферу Юпитера. Эти магнитные вихри затем провоцируют плотный участок вихревого, поглощающего ультрафиолет тумана, который формирует тёмный овал. Однако в настоящее время неясно, поднимают ли торнадо туман из глубин планеты или создают его.
«Плотность тумана в тёмных овалах в 50 раз выше, чем типичная концентрация. Это указывает на то, что он, вероятно, формируется из-за динамики вихрей, а не химических реакций, вызванных высокоэнергетическими частицами из верхней атмосферы», — сказал Чжан. Наблюдения показывают, что время и место появления тёмных овалов не коррелируют с выбросами этих заряженных частиц. Тёмные овалы, как правило, образуются за месяц и исчезают в течение нескольких недель.
Учитывая регулярность появления этих тёмных овалов, можно предположить, что Юпитер находится в центре «аллеи магнитных торнадо». Результаты исследования были опубликованы 26 ноября в журнале «Nature Astronomy».
