Wetenschap
Onderzoek van wetenschappers beantwoordt de grote vraag over de grootste planeet van ons systeem
"Door een grotere ruimte zoals Jupiter te verkennen, kunnen we de fundamentele fysica die de magnetosfeer van de aarde bestuurt beter begrijpen en daardoor onze ruimteweersvoorspellingen verbeteren", zegt Peter Delamere, professor aan het UAF Geophysical Institute en het UAF College of Natural Science and Mathematics.
"We zijn één grote ruimteweergebeurtenis door het verlies van communicatiesatellieten, onze elektriciteitsnetwerken, of beide", zei hij.
Ruimteweer verwijst naar verstoringen in de magnetosfeer van de aarde, veroorzaakt door interacties tussen de zonnewind en het magnetische veld van de aarde. Deze worden over het algemeen geassocieerd met zonnestormen en de coronale massa-uitstoot van de zon, die kunnen leiden tot magnetische fluctuaties en verstoringen in elektriciteitsnetwerken, pijpleidingen en communicatiesystemen.
Delamere en een team van co-auteurs hebben hun bevindingen over de magnetosfeer van Jupiter beschreven in een artikel in AGU Advances . Peter Damiano, universitair hoofddocent aan het Geophysical Institute, UAF-studentonderzoekers Austin Smith en Chynna Spitler, en oud-student Blake Mino behoren tot de co-auteurs.
Uit het onderzoek van Delamere blijkt dat de grootste planeet van ons zonnestelsel een magnetosfeer heeft die bestaat uit grotendeels gesloten magnetische veldlijnen in de poolgebieden, maar inclusief een halvemaanvormig gebied met open veldlijnen. De magnetosfeer is het schild dat sommige planeten hebben en dat een groot deel van de zonnewind afbuigt.
Het debat over open versus gesloten aan de polen woedt al meer dan 40 jaar.
Een open magnetosfeer verwijst naar een planeet met enkele open magnetische veldlijnen nabij de polen. Dit zijn voorheen gesloten lijnen die door de zonnewind zijn verbroken en zich in de ruimte hebben uitgestrekt zonder de planeet opnieuw te betreden.
Hierdoor ontstaan gebieden op Jupiter waar de zonnewind, die een deel van de magnetische veldlijnen van de zon meevoert, rechtstreeks in wisselwerking staat met de ionosfeer en de atmosfeer van de planeet.
Zonnedeeltjes die op open veldlijnen naar een planeet bewegen, veroorzaken niet de aurora, die grotendeels op gesloten veldlijnen plaatsvindt. De energie en het momentum van zonnewinddeeltjes op open veldlijnen worden echter wel overgedragen naar het gesloten systeem.
De aarde heeft een grotendeels open magnetosfeer aan de polen, met aurora op gesloten veldlijnen. Het is de overgedragen energie op die open lijnen die elektriciteitsnetwerken en communicatie kan verstoren.
Om de magnetosfeer van Jupiter te bestuderen, heeft Delamere verschillende modellen uitgevoerd met behulp van gegevens verkregen door het NASA Juno-ruimtevaartuig, dat in 2016 de baan van Jupiter binnenkwam en een elliptische polaire baan heeft.
"We hebben nooit gegevens uit de poolgebieden gehad, dus Juno is transformerend geweest in termen van de poolfysica van de planeet en heeft de discussie over de magnetische veldlijnen bevorderd", aldus Delamere.
Het debat begon met de scheervluchten langs Jupiter in 1979 door de Voyager 1 en Voyager 2 van NASA. Die gegevens brachten velen ertoe te geloven dat de planeet een over het algemeen open magnetosfeer aan de polen had.
Andere wetenschappers voerden aan dat de poollichtactiviteit van Jupiter, die heel anders is dan die van de aarde, erop duidde dat de planeet aan de polen een grotendeels gesloten magnetosfeer had. Delamere, een oud-onderzoeker van het magnetische veld van Jupiter, publiceerde in 2010 een artikel dat deze visie ondersteunde.
In 2021 was hij co-auteur van een artikel van Binzheng Zhang van de Universiteit van Hong Kong, waarin via modellering werd gesuggereerd dat de magnetosfeer van Jupiter twee gebieden met open magnetische veldlijnen aan de polen had.
Het model toont een reeks veldlijnen met open uiteinden die uit de polen komen en achter de planeet in de magnetostaart naar buiten lopen, waarbij het smalle traanvormige deel van de magnetosfeer van de zon af wijst. De andere set komt uit de polen van Jupiter tevoorschijn en gaat zijwaarts de ruimte in, gedragen door de zonnewind.
"Het Zhang-resultaat bood een plausibele verklaring voor de open veldlijngebieden", zei Delamere. "En dit jaar hebben we het overtuigende bewijs geleverd in de Juno-gegevens om het modelresultaat te ondersteunen.
"Het is een belangrijke validatie van het Zhang-artikel", zei hij.
Delamere zei dat het belangrijk is om Jupiter te bestuderen om de aarde beter te begrijpen.
"In het grote geheel vertegenwoordigen Jupiter en de aarde tegenovergestelde uiteinden van het spectrum:open versus gesloten veldlijnen", zei hij. "Om de magnetosferische fysica volledig te begrijpen, moeten we beide grenzen begrijpen."
Het bewijs van Delamere kwam via een instrument op het Juno-ruimtevaartuig dat een poolgebied onthulde waar ionen in een richting stroomden die tegengesteld was aan de rotatie van Jupiter.
Daaropvolgende modellen toonden een vergelijkbare ionenstroom aan in hetzelfde gebied – en nabij de open veldlijnen die in het artikel uit 2021 van Zhang en Delamere werden voorgesteld.
‘Het geïoniseerde gas op [gesloten] magnetische veldlijnen die verbonden zijn met het noordelijk en zuidelijk halfrond van Jupiter roteert met de planeet mee’, concludeert Delamere’s nieuwe artikel, ‘terwijl het geïoniseerde gas op [open] veldlijnen die verbonden zijn met de zonnewind met de zonnewind meebeweegt. ."
Delamere schrijft dat de polaire locatie van open magnetische veldlijnen "een karakteristiek kenmerk kan zijn van roterende gigantische magnetosferen voor toekomstig onderzoek."
Andere bijdragen zijn afkomstig van de University of Colorado Boulder, Johns Hopkins University, Andrews University, Embry-Riddle Aeronautical University, University of Hong Kong, University of Texas San Antonio, Southwest Research Institute en O.J. Brambles Consulting in het Verenigd Koninkrijk.
Delamere zal het onderzoek in juli presenteren op de Conference on Magnetospheres of the Outer Planets aan de Universiteit van Minnesota.