Behalve dat het de grootste en meest massieve planeet in ons zonnestelsel is, is Jupiter ook een van de meer mysterieuze lichamen. Dit is zeker duidelijk als het gaat om de krachtige aurora's van Jupiter, die in sommige opzichten vergelijkbaar zijn met die op aarde. In de afgelopen jaren hebben astronomen getracht patronen in de atmosfeer en magnetosfeer van Jupiter te bestuderen om uit te leggen hoe aurora-activiteit op deze planeet werkt.
Zo heeft een internationaal team onder leiding van onderzoekers van University College London onlangs gegevens van de Juno onderzoek met röntgenobservaties om iets interessants te ontdekken over de noordelijke en zuidelijke aurora's van Jupiter. Dat blijkt uit hun studie, die is gepubliceerd in de huidige uitgave van het wetenschappelijke tijdschrift Natuur - Jupiters intense, röntgen-aurora's van Jupiter bleken onafhankelijk van elkaar te pulseren.
De studie, getiteld "De onafhankelijke pulsaties van de noordelijke en zuidelijke röntgen-aurora's van Jupiter", werd geleid door William Richard Dunn - een fysicus bij het Mullard Space Science Laboratory en The Centre for Planetary Science aan de UCL. Het team bestond ook uit onderzoekers van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), het Southwest Research Institute (SwRI), NASA's Marshall Space Flight Center, het Jet Propulsion Laboratory en meerdere onderzoeksinstellingen.
Zoals al opgemerkt, lijken de aurora's van Jupiter enigszins op die van de aarde, omdat ze ook het resultaat zijn van geladen deeltjes van de zon (ook bekend als 'zonnewind') die interageren met het magnetische veld van Jupiter. Vanwege de manier waarop de magnetische velden van Jupiter en de aarde zijn gestructureerd, worden deze deeltjes gekanaliseerd naar de noordelijke en zuidelijke poolgebieden, waar ze geïoniseerd worden in de atmosfeer. Dit resulteert in een prachtig lichtbeeld dat vanuit de ruimte te zien is.
In het verleden zijn aurora's waargenomen rond de polen van Jupiter door de Chandra X-ray Observatory van NASA en door de Hubble-ruimtetelescoop. Het onderzoeken van dit fenomeen en de mechanismen erachter is ook een van de doelen van de Juno missie, die momenteel in een ideale positie is om de polen van Jupiter te bestuderen. Bij elke baan die de sonde maakt, gaat hij van de ene van Jupiters polen naar de andere - een manoeuvre die bekend staat als een perijove.
Omwille van hun studie werden Dr. Dunn en zijn team gedwongen om gegevens te raadplegen van ESA's XMM-Newton en NASA's Chandra X-ray observatoria. Dit komt door het feit dat, hoewel het al prachtige beelden en gegevens over de atmosfeer van Jupiter heeft verworven, het Juno sonde heeft geen röntgeninstrument aan boord. Nadat ze de röntgengegevens hadden onderzocht, merkten Dr. Dunn en zijn team een verschil op tussen de noordelijke en zuidelijke aurora's van Jupiter.
Terwijl de röntgenstraling op de noordpool grillig was, toenemend en afnemend in helderheid, pulseerden die op de zuidpool consistent elke 11 minuten. In feite gebeurden de aurora's onafhankelijk van elkaar, wat verschilt van hoe aurora's op aarde zich gedragen - d.w.z. elkaar spiegelen in termen van hun activiteit. Zoals Dr. Dunn uitlegde in een recent UCL-persbericht:
"We hadden niet verwacht dat Jupiter's röntgenhotspots onafhankelijk zouden pulseren, omdat we dachten dat hun activiteit zou worden gecoördineerd door het magnetische veld van de planeet. We moeten dit verder bestuderen om ideeën te ontwikkelen over hoe Jupiter zijn röntgen-aurora produceert en de Juno-missie van NASA is hier echt belangrijk voor. "
De röntgenobservaties werden uitgevoerd tussen mei en juni 2016 en maart 2017. Op basis hiervan produceerde het team kaarten van de röntgenemissies van Jupiter en identificeerde het hotspots bij elke pool. De hotspots beslaan een gebied dat groter is dan het oppervlak van de aarde. Door ze te bestuderen, konden Dr. Dunn en zijn collega's gedragspatronen identificeren die erop wezen dat ze zich verschillend van elkaar gedroegen.
Natuurlijk bleef het team zich afvragen wat hier de oorzaak van kon zijn. Een mogelijkheid die ze suggereren is dat de magnetische veldlijnen van Jupiter trillen, waardoor golven ontstaan die geladen deeltjes naar de polen voeren. De snelheid en richting van deze deeltjes kunnen in de loop van de tijd veranderen, waardoor ze uiteindelijk in botsing komen met de atmosfeer van Jupiter en röntgenpulsen genereren.
Zoals Dr Licia Ray, een natuurkundige van Lancaster University en co-auteur van het papier, uitlegde:
"Het gedrag van de röntgenhotspots van Jupiter roept belangrijke vragen op over de processen die deze aurora produceren. We weten dat het een combinatie is van zonnewindionen en ionen van zuurstof en zwavel, oorspronkelijk afkomstig van vulkanische explosies van de maan van Jupiter, Io. Maar hun relatieve belang bij het produceren van de röntgenstraling is onduidelijk. ”
En zoals Graziella Branduardi-Raymont - een professor van de afdeling Space & Climate Physics van de UCL en een andere co-auteur van de studie - aangaf, dankt dit onderzoek zijn bestaan aan meerdere missies. Het was echter het perfect getimede karakter van de Juno missie, die sinds 5 juli 2016 rond Jupiter in werking is, die deze studie mogelijk heeft gemaakt.
"Wat ik bijzonder boeiend vind in deze waarnemingen, vooral op het moment dat Juno metingen in situ uitvoert, is het feit dat we beide polen van Jupiter tegelijk kunnen zien, een zeldzame kans die tien jaar geleden voor het laatst plaatsvond," zei hij zei. "Door het gedrag op de twee polen te vergelijken, kunnen we veel meer leren van de complexe magnetische interacties die plaatsvinden in de omgeving van de planeet."
Vooruitblikkend hopen Dr. Dunn en zijn team röntgengegevens van XMM-Newton en Chandra te combineren met gegevens verzameld door Juno om beter te begrijpen hoe röntgen-aurora's worden geproduceerd. Het team hoopt ook de activiteit van de polen van Jupiter de komende twee jaar te blijven volgen met behulp van röntgengegevens in combinatie met Juno. Uiteindelijk hopen ze te zien of deze aurora's alledaags of een ongebruikelijke gebeurtenis zijn.
"Als we de röntgenkenmerken kunnen verbinden met de fysieke processen die ze produceren, dan kunnen we die handtekeningen gebruiken om andere lichamen in het heelal te begrijpen, zoals bruine dwergen, exoplaneten of misschien zelfs neutronensterren," zei Dr. Dunn . "Het is een zeer krachtige en belangrijke stap in het begrijpen van röntgenstralen door het hele universum en een die we alleen hebben terwijl Juno gelijktijdig metingen uitvoert met Chandra en XMM-Newton."
In het komende decennium zal de door ESA voorgestelde JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) -sonde ook waardevolle informatie opleveren over de atmosfeer en magnetosfeer van Jupiter. Zodra het in 2029 in het joviaanse systeem aankomt, zal het ook de aurora's van de planeet observeren, voornamelijk om het effect ervan op de Galilese manen (Io, Europa, Ganymedes en Callisto) te bestuderen.
