Falujący dysk plazmowy Jowisza: sonda Juno pokazuje, że nie jest gładki

Przez dziesięciolecia dysk plazmowy Jowisza wyobrażano sobie jako gładki talerz, który kołysze się w rytm obrotów planety. Nowa analiza danych z sondy Juno pokazuje, że w okresach aktywności jego warstwa prądowa marszczy się w fale i krąży razem z Jowiszem. Wynik ukazał się w czasopiśmie Science China Earth Sciences.

*Schemat magnetosfery Jowisza przedstawiający torus plazmy Io (czerwony) i linie pola magnetycznego (niebieski). Źródło: John Spencer*

Plazmowy dysk wokół olbrzyma

Jowisz ma największą magnetosferę spośród planet Układu Słonecznego, czyli obszar, w którym dominuje jego pole magnetyczne. Jedną z jej najważniejszych struktur jest dysk plazmowy, zwany też magnetodyskiem: rozległy, spłaszczony pierścień namagnesowanej plazmy (zjonizowanego gazu), ułożony wokół równika magnetycznego planety. Materiał dostarcza Io, wulkaniczny księżyc Jowisza. Wyrzucone przez wulkany gazy ulegają jonizacji, a szybki obrót planety rozpędza je i wypycha na zewnątrz.

W sercu dysku leży warstwa prądowa, czyli cienka powierzchnia, w której płyną prądy elektryczne. Oś magnetyczna Jowisza jest nachylona względem osi obrotu, a pełny obrót trwa około dziesięciu godzin. Dotąd sądzono więc, że warstwa ta jest względnie gładka i tylko unosi się oraz opada, gdy nachylona oś magnetyczna obiega planetę. Sonda Juno, która krąży wokół Jowisza od 2016 roku, powinna zatem przecinać ją dwa razy na obrót. Wiadomo też, że dysk plazmowy bywa zaburzany. W listopadzie 2025 roku w Nature Communications opisano, jak niestabilności plazmy ustalają jego stan równowagi po takich zaburzeniach.

Zamiast gładkiego dysku: fale

Zespół kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Shandong przeanalizował dane Juno o polu magnetycznym i cząstkach energetycznych z kilku zdarzeń w dysku plazmowym. Wszystkie wiązały się z rekoneksją magnetyczną. To proces, w którym linie pola magnetycznego zrywają się i łączą na nowo, uwalniając energię. Znamy go ze Słońca i z magnetosfery Ziemi.

Podczas takich zdarzeń sonda nie przecinała warstwy prądowej dwa razy, lecz wielokrotnie. W jednym przypadku zrobiła to cztery razy w ciągu zaledwie dziesięciu minut. Niemal każde przecięcie niosło wyraźny ślad rekoneksji oraz impulsy energetycznych elektronów i jonów.

Analiza orientacji warstwy pokazała, że nie tylko kołysze się ona w górę i w dół. Faluje w sposób przypominający fale powierzchniowe, a pojedyncze zmarszczki trwają od kilku minut do ponad godziny. Według autorów liczne, niewielkie miejsca rekoneksji, rozrzucone na odcinku około 100 stopni długości, wciąż zrywają linie pola i wypychają warstwę z położenia równowagi. Ponieważ magnetosfera Jowisza obraca się bardzo szybko, cała pofałdowana struktura okrąża planetę razem z nią. Komunikat prasowy porównuje to do pogniecionego obrusa na obracającym się gramofonie.

Inaczej niż na Ziemi

W ogonie magnetosfery Ziemi fala skrętna oddala się od miejsca rekoneksji. Na Jowiszu ślady rekoneksji pojawiają się przy niemal każdym przecięciu, a ruch warstwy nie ma stałego okresu. To wyklucza prostą falę biegnącą i wskazuje na obracającą się, pofałdowaną warstwę prądową.

Dlaczego to ważne i co dalej

Dysk plazmowy Jowisza okazuje się więc nie spokojnym, obracającym się talerzem, lecz silnie ustrukturyzowanym, dynamicznym środowiskiem. Według komunikatu falująca warstwa może wpływać na transport i przyspieszanie cząstek pochodzących z Io. Cząstki te mogą być wstrzykiwane w stronę wewnętrznej magnetosfery albo kierowane ku zorzom polarnym. Pofałdowanie może też komplikować połączenie magnetyczne między jonosferą planety a dyskiem plazmowym. Jowisza często traktuje się jako wzorzec dla szybko obracających się magnetosfer, jak ujęto to we wspomnianej pracy z Nature Communications, więc taki obraz ma znaczenie szersze niż sam ten układ.

Analiza opiera się na kilku zdarzeniach, dlatego pozostaje pytanie, jak powszechne jest takie marszczenie. Kolejne orbity Juno mogą pomóc na nie odpowiedzieć. Według Universe Today przedłużona misja ma trwać do września 2028 roku.

Źródła

Główne: