Полярные сияния — это захватывающие световые шоу, которые можно увидеть в небе высоких широт, созданные взаимодействием солнечного ветра и магнитного поля планеты. Высокоэнергетические частицы от солнца — в основном электроны и протоны — проносятся сквозь пространство, пока не будут захвачены линиями магнитного поля, которые направляют их к полюсам. Там эти заряженные частицы резко сталкиваются с молекулами атмосферы, передавая энергию, которая возбуждает атомы и молекулы в более высокие состояния. Когда эти возбужденные частицы возвращаются в свое основное состояние, они высвобождают свою избыточную энергию в виде мерцающих занавесей цветного света, которые мы знаем как полярное сияние.
Но не только Земля наслаждается полярными сияниями, в частности, полярные сияния Юпитера затмевают полярные сияния Земли, создавая огромные световые шоу, которые могли бы поглотить всю нашу планету. Питаемые колоссальным магнитным полем газового гиганта — в 14 раз сильнее земного — эти полярные сияния светятся с интенсивностью, никогда не виданной на Земле, и никогда полностью не исчезают. В отличие от полярных сияний Земли, которые зависят в основном от солнечного ветра, Юпитер генерирует большую часть своей полярной энергии изнутри посредством своего быстрого 10-часового вращения и взаимодействия со своим вулканическим спутником Ио, который ежедневно закачивает тонны серы и кислорода в магнитосферу Юпитера.
Недавние наблюдения, проведенные с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) в Рождество 2023 года под руководством Джонатана Николса из Университета Лестера, позволили использовать исключительную чувствительность телескопа для запечатления быстро меняющихся особенностей полярных сияний на Юпитере с беспрецедентной детализацией, что открыло новые возможности для понимания этих мощных электромагнитных бурь.
«Какой это был рождественский подарок – он просто сразил меня наповал! Мы хотели посмотреть, как быстро меняются полярные сияния, ожидая, что они будут медленно появляться и исчезать, возможно, в течение четверти часа или около того. Вместо этого мы наблюдали, как весь полярный регион шипел и сверкал светом, иногда меняющимся на секунду». - Джонатан Николс, Университет Лестера.
Дальнейшие наблюдения были завершены с использованием космического телескопа «Хаббл», а в совокупности с наблюдениями за полярными сияниями Юпитера показали, что выбросы тригидроген-иона (H3+) колеблются гораздо сильнее, чем считалось ранее, что дает новое представление о механизмах нагрева и охлаждения верхней атмосферы Юпитера.
Однако команда столкнулась с загадкой: самые яркие инфракрасные излучения, зафиксированные JWST, не имели соответствующих признаков на ультрафиолетовых снимках Хаббла. Это предполагает, по-видимому, невозможное явление — то, что Николс описывает как «бурю моросящего дождя», когда большое количество очень низкоэнергетических частиц каким-то образом создает интенсивную яркость полярных сияний, видимую только JWST, оставляя исследователей в недоумении относительно основных механизмов, которые могли бы производить такие противоречивые наблюдения.
Команда признает, что для изучения расхождений между наблюдениями требуется больше работы. Теперь они надеются использовать дополнительные сеансы JWST для сравнения с данными космического корабля NASA Juno, надеясь раскрыть тайну. Эти результаты могут оказаться ценными для миссии Juice Европейского космического агентства, которая в настоящее время летит к Юпитеру, чтобы изучить полярные сияния газового гиганта с помощью семи научных инструментов, включая две системы визуализации. Они надеются, что исследование улучшит наше понимание взаимодействия между магнитным полем Юпитера, атмосферой и заряженными частицами от его лун, в частности Ио.