Juno y Hubble revelan que ‘tira y afloja’ electromagnético ilumina la atmósfera de Júpiter


La nueva investigación espacial de Leicester ha revelado, por primera vez, que un complejo «tira y afloja» ilumina las auroras en la atmósfera superior de Júpiter, utilizando una combinación de datos de la sonda Juno de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble.

El estudio, publicado en el Journal of Geophysical Research: Space Physics, describe el delicado ciclo actual impulsado por la rápida rotación de Júpiter y la liberación de azufre y oxígeno de los volcanes en su luna, Io.

Investigadores de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester utilizaron datos de la Investigación de Campo Magnético (MAG) de Juno, que mide el campo magnético de Júpiter desde la órbita alrededor del gigante gaseoso, y observaciones del Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial transportado por el Telescopio Espacial Hubble.

Su investigación proporciona la evidencia más sólida hasta el momento de que las poderosas auroras de Júpiter están asociadas con un sistema de corriente eléctrica que actúa como parte de un tira y afloja con el material en la magnetosfera, la región dominada por el enorme campo magnético del planeta.

El Dr. Jonathan Nichols es lector de auroras planetarias en la Universidad de Leicester y autor correspondiente del estudio. Él dijo:

«Hemos tenido teorías que vinculan estas corrientes eléctricas y las poderosas auroras de Júpiter durante más de dos décadas, y fue muy emocionante poder finalmente probarlas buscando esta relación en los datos. Y cuando graficamos una contra la otra, casi me caigo de la silla cuando vi cuán clara es la conexión.

«Es emocionante descubrir esta relación porque no solo nos ayuda a comprender cómo funciona el campo magnético de Júpiter, sino también el de los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, para los que anteriormente hemos utilizado las mismas teorías, y ahora con una confianza renovada».

A pesar de su enorme tamaño, con un diámetro de más de 11 veces el de la Tierra, Júpiter gira una vez aproximadamente cada nueve horas y media.

Imagen compuesta de dos observaciones diferentes del Hubble. Las auroras fueron fotografiadas durante una serie de observaciones de luz ultravioleta lejana del espectrógrafo de imágenes del Telescopio Espacial Hubble que tienen lugar cuando la nave espacial Juno de la NASA se acerca y entra en órbita alrededor de Júpiter. El disco a todo color de Júpiter en esta imagen fue fotografiado por separado en un momento diferente por el programa Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) del Hubble, un proyecto a largo plazo del Hubble que captura anualmente mapas globales de los planetas exteriores. Crédito: NASA, ESA y J. Nichols (Universidad de Leicester).

Io tiene un tamaño y una masa similares a la luna de la Tierra, pero orbita alrededor de Júpiter a una distancia promedio de 422 000 km; aproximadamente un 10% más lejos. Con más de 400 volcanes activos, Io es el objeto geológicamente más activo del Sistema Solar.

Los científicos habían sospechado durante mucho tiempo una relación entre las auroras de Júpiter y el material expulsado de Io a una velocidad de muchos cientos de kilogramos por segundo, pero los datos capturados por Juno resultaron ambiguos.

El Dr. Scott Bolton, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, es el Investigador Principal (PI) de la misión Juno. Él dijo:

«Estos emocionantes resultados sobre cómo funcionan las auroras de Júpiter son un testimonio del poder de combinar las observaciones terrestres del Hubble con las mediciones de Juno. Las imágenes del HST brindan una visión general amplia, mientras que Juno investiga de cerca. ¡Juntos forman un gran equipo!».

Gran parte del material liberado por Io es expulsado de Júpiter por el campo magnético de rápida rotación del planeta y, a medida que se mueve hacia afuera, su velocidad de rotación tiende a disminuir. Esto da como resultado un tira y afloja electromagnético, en el que Júpiter intenta mantener este material girando a su velocidad de rotación a través de un sistema de corrientes eléctricas que fluyen a través de la atmósfera superior y la magnetosfera del planeta.

Se pensó que el componente de la corriente eléctrica que fluye fuera de la atmósfera del planeta, transportado por electrones disparados hacia abajo a lo largo de las líneas del campo magnético hacia la atmósfera superior, impulsaba la principal emisión auroral de Júpiter.

Sin embargo, antes de la llegada de Juno, esta idea nunca se había probado, ya que ninguna nave espacial con instrumentos relevantes había orbitado previamente lo suficientemente cerca de Júpiter. Y cuando Juno llegó en 2016, no se informó sobre la firma esperada de un sistema de corriente eléctrica de este tipo y, aunque desde entonces se han encontrado tales firmas, una de las grandes sorpresas de la misión de Juno ha sido mostrar que la naturaleza de los electrones sobre la de Júpiter. regiones polares es mucho más complejo de lo que se esperaba inicialmente.

Los investigadores compararon el brillo de la principal emisión de la aurora de Júpiter con mediciones simultáneas de la corriente eléctrica que fluye desde el planeta más grande del Sistema Solar en la magnetosfera durante una parte temprana de la misión de Juno.

Estas auroras fueron observadas con instrumentos a bordo del Telescopio Espacial Hubble, en órbita terrestre. Al comparar las mediciones de corriente del lado del amanecer con el brillo de las auroras de Júpiter, el equipo demostró la relación entre la intensidad de la aurora y la fuerza de la corriente magnetosférica.

Stan Cowley es profesor emérito de física solar-planetaria en la Universidad de Leicester y coautor del estudio, y ha estudiado las poderosas auroras de Júpiter durante 25 años. El profesor Cowley agregó:

«Con más de cinco años de datos en órbita de la nave espacial Juno, junto con datos de imágenes de auroras del HST, ahora tenemos el material a mano para observar en detalle la física general del entorno de plasma exterior de Júpiter, y aún queda mucho por hacer». provienen de la misión extendida de Juno, ahora en progreso. Esperamos que nuestro presente artículo sea seguido por muchos más que exploren este tesoro oculto para una nueva comprensión científica».

La investigación de Leicester publicada en octubre de 2021, que también utilizó datos capturados por la sonda Juno de la NASA, reveló nuevos conocimientos sobre los procesos en las profundidades de las bandas distintivas y coloridas del gigante gaseoso.

«Relación de la intensidad de emisión principal del lado del amanecer de Júpiter con las corrientes magnetosféricas durante la misión Juno» se publica en el Journal of Geophysical Research: Space Physics.

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