Jupiter se se slunečním větrem vypořádává způsobem, který vědci neočekávali

Fyzici z University of Iowa provedli dosud nejpodrobnější pozorování rázové vlny před Jupiterem (tzv. rázové vlny typu „bow shock“), která funguje jako bariéra odklánějící nebezpečné částice přicházející ze Slunce. Ilustrace v úvodu článku znázorňuje, jak Jupiter využívá soustavu oblastí označovaných jako „shocklets“ (drobné rázové útvary) k interakci se slunečním větrem a jeho zpomalení ještě předtím, než narazí na hlavní rázovou vlnu planety.

Nová pozorování z mise Juno agentury NASA odhalují, že rázová vlna před Jupiterem se chová složitěji než její obdoba u Země.

Sonda uskutečnila dosud nejpodrobnější měření rázové vlny před Jupiterem – rozsáhlé hranice, kde sluneční vítr naráží na magnetické prostředí planety. Pozorování ukazují, že Jupiter tuto vysoce energetickou interakci zvládá zcela odlišně než Země, přičemž ke zpomalení přicházejících částic využívá složitější kombinaci plazmových vln a menších rázových útvarů.

Výsledky, o nichž informoval tým vedený University of Iowa, také poskytují vědcům blízký příklad fyziky rázových vln, který by jim mohl pomoci studovat mnohem energičtější prostředí, včetně pozůstatků explodujících hvězd.

Rázová vlna vzniká, když sluneční vítr, nadzvukový proud nabitých částic proudících ze Slunce, narazí na magnetosféru planety. Srážka nutí částice zpomalit, zahřát se a změnit směr, než mohou proniknout hlouběji do magnetického okolí planety.

Na Zemi tento proces probíhá hlavně v jediné velké rázové vlně. Tato hranice pomáhá odklonit velkou část slunečního větru kolem planety, spíše než aby mu umožnila přímou interakci s horní vrstvou atmosféry.

Jupiter využívá širší směs plazmových vln
Rázová vlna u Jupitera funguje za mnohem extrémnějších podmínek. Plynný obr má největší planetární magnetosféru ve Sluneční soustavě, což vytváří mnohem větší oblast, kde mohou interagovat nabité částice, magnetická pole a plazmové vlny.

Pozorování sondy Juno ukázala, že rázová vlna před magnetosférou Jupitera obsahuje plazmové vlny rozprostírající se v různých frekvenčních pásmech, které vědci označují jako „harmonické složky“. Zdá se, že namísto spoléhání se převážně na jednu dominantní frekvenci – jako je tomu u Země – využívá Jupiter bohatší spektrum vln, jež dokážou předávat energii širšímu rozsahu přicházejících částic.

Tato interakce přispívá k zahřívání a zpomalování slunečního větru ještě předtím, než pronikne hlouběji do magnetického prostředí Jupitera.

„Jupiter si našel vlastní způsob, jak se vypořádat se slunečním větrem – využívá k tomu plazmové vlny, které jsou silnější a vykazují bohatší harmonické struktury,“ říká Jayasri Josephová, postdoktorandka na Katedře fyziky a astronomie University of Iowa a hlavní autorka studie. „To je důležité, protože díky přítomnosti více frekvencí lze ohřát a zpomalit větší množství částic slunečního větru.“

Menší rázové útvary zpomalují částice ještě před hlavní rázovou vlnou
Zdá se také, že Jupiter začíná sluneční vítr zpracovávat ještě předtím, než ten dorazí k hlavní rázové vlně planety (tzv. rázové vlně před přídí neboli bow shock). Sonda Juno detekovala řadu menších oblastí – tzv. „shocklets“ (menší rázové útvary) – které interagují s přicházejícími částicemi a postupně je zpomalují.

Země takovou míru složitosti nevykazuje. Většinu práce spojené se zpomalováním a odkláněním slunečního větru u ní obstarává hlavní rázová vlna.

„Země tyto dodatečné kroky ke zvládnutí slunečního větru nepotřebuje, protože jeho dopad není tak silný,“ vysvětluje Bill Kurth, vědecký pracovník Katedry fyziky a astronomie University of Iowa a spoluautor studie, který se na misi Juno podílí již od jejího startu v roce 2011.

Blízký testovací případ pro extrémnější kosmické rázy
Rázové vlny se vyskytují i v mnohem energičtějších astrofyzikálních prostředích, včetně pozůstatků supernov. Tyto rozpínající se struktury se tvoří po explozi určitých hvězd a mohou urychlovat částice a zároveň přeměňovat obrovské množství objemového pohybu na teplo a další formy energie.

„Protože kolem astrofyzikálních objektů, jako jsou pozůstatky supernov, dochází k ještě silnějším rázům, nabízí Jupiterova rázová vlna blízkou přírodní laboratoř pro zkoumání a pochopení toho, jak příroda přeměňuje obrovské množství energie proudění na teplo a energetické částice,“ říká Josephová.

Zjištění jsou založena na datech, která Juno shromáždila v prosinci 2024. Sonda obíhá kolem Jupitera od července 2016 a opakovaně prochází oblastmi formovanými obrovským magnetickým polem planety.

Fyzici z University of Iowa navrhli a postavili přístroj Waves pro sondu Juno, který měří rádiové a plazmové vlny kolem Jupitera. Dřívější sondy potvrdily přítomnost rázové vlny na Jupiteru, ale Juno poskytla měření potřebná k vyřešení složitějších vlnových struktur, které se v ní vyskytují.

Zdroj: https://scitechdaily.com/jupiter-handles-the-solar-wind-in-a-way-scientists-didnt-expect/

autor: František Martinek