Jüpiter’in en içteki radyasyon kuşaklarındaki oksijen iyonlarını keşfetmek

Dünya, Jüpiter ve Satürn gibi gezegenler, kendilerine ait küresel manyetik alanlara sahip, sözde radyasyon kuşakları ile çevrilidir: Manyetik alana hapsolmuş, elektronlar, protonlar ve daha ağır iyonlar gibi hızlı hareket eden yüklü parçacıklar etrafında vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır dolaşırlar. görünmez, simit şeklindeki radyasyon kuşakları. Neredeyse ışık hızına ulaşan yüksek hızları ile parçacıklar, çarpıştıklarında diğer molekülleri iyonize edebilir ve uzay sondaları ve aletleri için de tehlikeli olabilecek tehlikeli bir ortam yaratabilir. Bu açıdan gaz devi Jüpiter, güneş sistemindeki en aşırı radyasyon kuşaklarına sahip. Yeni yayınlarında MPS, California Teknoloji Enstitüsü (ABD), Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı (ABD), Enstrümantasyon ve Deneysel Parçacık Fiziği Laboratuvarı (Portekiz) ve Atina Akademisi (Yunanistan) araştırmacıları şimdi Jüpiter’in iç radyasyon kuşaklarındaki ağır iyonlarla ilgili bugüne kadarki en kapsamlı çalışmayı sunuyor.

Jüpiter’in devasa manyetik alanı gibi, radyasyon kuşakları da uzaya birkaç milyon kilometre uzanır; bununla birlikte, gaz devi etrafında yaklaşık 670.000 kilometre yarıçaplı bir alan olan Europa’nın uydu yörüngesindeki bölge, en yüksek enerjili parçacık yoğunluklarına ve hızlarına sahne oluyor. Jüpiter’den bakıldığında Europa, 17. yüzyıldaki keşiflerinden sonra “Galile uyduları” olarak adlandırılan dört büyük Jovian uydusunun ikincisidir. Io en içteki Galile uydusudur. 1970’lerin ortalarında Pioneer 11 uzay sondaları, 1995’ten 2003’e kadar Galileo ve şu anda Juno ile, şimdiye kadar üç uzay görevi bu radyasyon kuşaklarının bu en iç kısmına girmeye cesaret etti ve yerinde ölçümler gerçekleştirdi. MPS bilim adamı Dr. Elias Roussos, araştırmanın mevcut durumunu açıklayarak, “Ne yazık ki, Pioneer 11 ve Juno’dan gelen veriler, uzay aracının orada ne tür iyonlarla karşılaştığı konusunda şüpheye yer bırakmayacak şekilde bir sonuca varmamıza izin vermiyor” diyor. “Bu nedenle, enerjileri ve kökenleri de şimdiye kadar belirsizdi” diye ekliyor. Sadece Galileo görevinin son aylarına ait şimdi yeniden keşfedilen veriler, bu durumu iyileştirmeye yetecek kadar ayrıntılı.

İç radyasyon kuşaklarına giriş

NASA’nın Galileo uzay aracı, Jüpiter sistemine 1995 yılında ulaştı. California Teknoloji Enstitüsü’nün katkılarıyla sağlanan Ağır İyon Sayacı (HIC) ve Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı ile işbirliği içinde geliştirilen ve inşa edilen Enerjik Parçacık Dedektörü (EPD) ile donatıldı. Misyon, takip eden sekiz yılı gaz devi etrafındaki yüklü parçacıkların dağılımı ve dinamikleri hakkında temel bilgiler sağlamakla geçirdi. Bununla birlikte, uzay aracını korumak için, başlangıçta yalnızca radyasyon kuşaklarının dış, daha az aşırı bölgelerinden geçti. Sadece 2003’te, görevin bitiminden kısa bir süre önce, daha büyük bir risk haklıyken, Galileo, Amalthea ve Thebe uydularının yörüngeleri içindeki en iç bölgeye girme cesaretini gösterdi. Jüpiter’den bakıldığında Amalthea ve Thebe dev gezegenin üçüncü ve dördüncü uydularıdır. Io ve Europa’nın yörüngeleri daha uzaktadır.

“Güçlü radyasyona maruz kalma nedeniyle, radyasyon kuşağının iç bölgesinden gelen HIC ve EPD’den alınan ölçüm verilerinin büyük ölçüde bozulması bekleniyordu. Sonuçta, bu iki cihazın hiçbiri bu tür ortamlarda çalışmak üzere özel olarak tasarlanmamıştı. zorlu bir ortam,” Roussos, üç yıl önce mevcut çalışma üzerinde çalışmaya başladığında beklentilerini anlatıyor. Yine de, araştırmacı kendisi görmek istedi. NASA’nın Cassini misyonunun bir üyesi olarak, iki yıl önce Cassini’nin Satürn’deki son, benzer şekilde cüretkar yörüngelerine tanık olmuş ve bu son görev aşamasından gelen benzersiz verileri analiz etmişti. Roussos, “Uzun süre önce tamamlanmış Galileo görevinin düşüncesi aklıma gelip duruyordu,” diye hatırlıyor. Kullanılmayan birçok veri seti arasında, çok çaba sarf edilerek işlenip analiz edilebilecek bazılarının da olması şaşırtıcıydı.

esrarengiz oksijen iyonları

Bu bilimsel hazinenin yardımıyla, mevcut çalışmanın yazarları şimdi ilk kez iç radyasyon kuşakları içindeki iyon bileşimini ve ayrıca iyonların hızlarını ve uzaysal dağılımını belirleyebildiler. Protonların egemen olduğu Dünya ve Satürn’ün radyasyon kuşaklarının aksine, Io’nun yörüngesindeki bölge aynı zamanda çok daha ağır oksijen ve kükürt iyonlarını da içerir ve ikisi arasında oksijen iyonları hakimdir. Roussos, “Amalthea yörüngesinin dışındaki ağır iyonların enerji dağılımı, bunların büyük ölçüde radyasyon kuşaklarının daha uzak bir bölgesinden getirildiğini gösteriyor” diyor. Sürekli olarak büyük miktarlarda kükürt ve kükürt dioksiti uzaya fırlatan 400’den fazla aktif yanardağ ile ay Io – ve daha az ölçüde Europa – muhtemelen ana kaynaklardır.

Daha içe doğru, Amalthea’nın yörüngesinde, iyon bileşimi büyük ölçüde oksijen lehine değişir. Roussos, “Orada oksijen iyonlarının konsantrasyonu ve enerjisi beklenenden çok daha yüksek” diyor. Aslında Amalthea ve Thebe uyduları gelen iyonları emdiği için bu bölgede konsantrasyonun azalması gerekir; iki küçük uydunun yörüngeleri böylece bir tür doğal iyon bariyeri oluşturur. Bu davranış, örneğin, birçok uydusu olan Satürn sisteminin radyasyon kuşaklarından bilinmektedir.

Oksijen iyonlarının artan konsantrasyonunun tek açıklaması bu nedenle radyasyon kuşaklarının en iç bölgesindeki başka bir yerel kaynaktır. Araştırmacıların bilgisayar simülasyonlarının gösterdiği gibi, Jüpiter halkalarının ince toz parçacıkları ile kükürt iyonlarının çarpışmasını takiben oksijen salınımı, bir olasılık oluşturuyor. Satürn halkalarından çok daha sönük olan halkalar, yaklaşık olarak Thebe’nin yörüngesine kadar uzanıyor. Bununla birlikte, en içteki radyasyon kuşaklarının manyetosferik ortamındaki düşük frekanslı elektromanyetik dalgaların, oksijen iyonlarını gözlenen enerjilere ısıtması da düşünülebilir.

Roussos, “Şu anda, bu olası kaynaklardan herhangi biri lehine ayrım yapmak mümkün değil” diyor. Bununla birlikte, bu iki aday mekanizmadan herhangi biri, yıldız veya güneş dışı ortamlardaki yüksek enerjili parçacık üretimiyle paralellik gösterir ve ayrıca Jüpiter’in radyasyon kuşaklarının astrofiziksel alana uzandığını ortaya koyar; bu, araştırmacının gelecekteki keşiflerini özel bir uzay görevi ile haklı çıkaracağını umduğu bir gerçektir. .