Jüpiter’in En İçteki Radyasyon Kuşaklarında Bulunan Yüksek Enerjili Oksijen İyonları

Araştırmacılar yüksek enerjili oksijen ve kükürt iyonları buluyor Jüpiter‘nin iç radyasyon kuşakları – ve daha önce bilinmeyen bir iyon kaynağı.

sona ermesinden yaklaşık 20 yıl sonra NASAGalileo’nun Jüpiter misyonu, Almanya’daki Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü (MPS) tarafından yönetilen bilim adamları, misyonun kapsamlı veri kümelerinden yeni bir sırrın kilidini açtılar. Araştırma ekibi ilk kez, gaz devini iç radyasyon kuşağının bir parçası olarak çevreleyen yüksek enerjili iyonların öncelikle oksijen ve kükürt iyonları olduğunu şüpheye yer bırakmayacak şekilde belirlemeyi başardı. Jüpiter’in uydusu Io’daki volkanik patlamalardan kaynaklandığı düşünülüyor. Jüpiter’i daha içe doğru yörüngede döndüren Ay Amalthea’nın yörüngesinin yakınında, ekip, Io’nun volkanik aktivitesi ile açıklanamayan beklenmedik şekilde yüksek yüksek enerjili oksijen iyonları konsantrasyonu keşfetti. Burada daha önce bilinmeyen bir iyon kaynağı iş başında olmalı. Çalışmanın sonuçları bugün dergide yayınlandı. Bilim Gelişmeleri.

Dünya, Jüpiter ve benzeri gezegenler Satürn kendilerine ait küresel manyetik alanlarla, sözde radyasyon kuşakları ile çevrilidir: Manyetik alanda kapana kısılmış, elektronlar, protonlar ve daha ağır iyonlar gibi hızlı hareket eden yüklü parçacıklar etrafta dolaşarak görünmez, simit biçimli radyasyon kuşaklarını oluştururlar. 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 Sistemi’ndeki 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.

Amalthea’nın yörüngesinin dışındaki yüksek enerjili oksijen ve kükürt iyonları, Io’nun volkanik püskürmelerinin yan ürünleri olarak uzaktaki manyetosferden sağlanırken, Amalthea’nın içindeki yüksek enerjili oksijen iyonlarının yüksek konsantrasyonundan başka bir kaynak sorumlu olmalıdır, bu da bu türlerin iletimini engeller. yörünge boyunca iyonlar. Kredi bilgileri: MPS

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. Yeni çalışmanın baş yazarı, araştırmanın mevcut durumunu anlatan MPS bilim adamı Dr. Elias Roussos, “Ne yazık ki, Pioneer 11 ve Juno’dan gelen veriler, uzay aracının orada ne tür iyonlarla karşılaştığı konusunda şüpheye yer bırakmayacak şekilde karar vermemize izin vermiyor” diyor. “Bu nedenle, enerjileri ve kökenleri de şimdiye kadar belirsizdi” diye ekliyor. Yalnızca 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 sona ermesinden kısa bir süre önce, daha büyük bir risk haklıyken, Galileo Amalthea ve Thebe uydularının yörüngelerindeki en içteki 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. Ne de olsa, bu iki enstrümanın hiçbiri bu kadar zorlu bir ortamda çalışmak üzere özel olarak tasarlanmamıştı” diyen Roussos, üç yıl önce mevcut çalışma üzerinde çalışmaya başladığında beklentilerini açıklıyor. Yine de, araştırmacı kendisi görmek istedi. NASA’nın bir üyesi olarak Cassini Görevde, 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 geliyordu,” 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 iyonların hızlarını ve uzaysal dağılımını belirleyebildiler. Protonların egemen olduğu Dünya ve Satürn’ün radyasyon kuşaklarının aksine, Io 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. Art arda 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. .

Referanslar:

Elias Roussos, Christina Cohen, Peter Kollmann, Marco Pinto, Norbert Krupp, Patricia Gonçalves ve Konstantinos Dialynas tarafından “Jüpiter’in iç radyasyon kuşaklarında bulunan çok enerjik bir oksijen kaynağı”, 12 Ocak 2022, Bilim Gelişmeleri.
DOI: 10.1126/sciadv.abm4234

Elias Roussos, Oliver Allanson, Nicolas André, Bruna Bertucci, Graziella Branduardi-Raymont, George Clark, Konstantinos Dialynas, Iannis Dandouras, Ravindra T. Desai, Yoshifumi Futaana, Matina Gkiintoulidou tarafından “Jüpiter’in radyasyon kuşaklarının yerinde keşfi” H. Jones, Peter Kollmann, Anna Kotova, Elena A. Kronberg, Norbert Krupp, Go Murakami, Quentin Nénon, Tom Nordheim, Benjamin Palmaerts, Christina Plainaki, Jonathan Rae, Daniel Santos-Costa, Theodore Sarris, Yuri Shprits, Ali Sulaiman, Emma Woodfield, Xin Wu ve Zonghua Yao, 30 Ekim 2021, deneysel astronomi.
DOI: 10.1007/s10686-021-09801-0