work&design © BHC Laboratories

Юпитер - Статьи

  Главная → Статьи + Юпитер → Исследования плазмы в системе Юпитера
+ Меркурий
 
+ Венера
 
+ Земля
+ Луна
 
+ Марс
 
+ Пояс Астероидов
 
+ Юпитер
+ Ио
+ Европа
+ Ганимед
+ Каллисто
 
+ Сатурн
+ Янус
+ Мимас
+ Энцелад
+ Тефия
+ Диона
+ Рея
+ Титан
+ Япет
 
+ Уран
 
+ Нептун
+ Тритон
 
+ Плутон-Харон
 
+ Пояс Койпера
+ Кометы

Rambler's Top100
 
 
20 апреля 2004 года
 

Версия для печати
 

Исследования плазмы Юпитера и его спутников


Юпитер является одним из первых изучаемых земными радиотелескопами объектов, также является одним из "ярчайших" источников радиоволн на небосводе. Ранние данные показали, что у Юпитера есть мощное магнитное поле, а также что Ио значительно на него влияет. Исследования космических станций и земных обсерваторий значительно расширили наши знания в этой области. Радиоизлучение позволяет удалённо изучать плазму.


 
 

Примеры юпитерианского радиоизлучения

Представленные диаграммы являются графиками частоты-времени, которые показывают зависимость интенсивности излучения от частоты и от времени. Цвет внедрён для передачи интенсивности, где красный - высокая интенсивность, синий - слабая.

На этой диаграмме представлено огромное количество разнообразных типов излучения системы Юпитера. У каждого из них есть своя аббревиатура. ДМИ - дециметровое излучение (DAM, decametric radiation). Галилео обследовал только низкочастотную часть этого излучения. Он воспринимает только 40 МГц участок, но этот предел чувствительности позволил радиоастрономам с удивительной точностью определить силу внутреннего магнитного поля гиганта. СМИ - излучение с длиной волны в сотни метров (HOM, hectometric radiation). Этот тип радиоэмиссии также связан с Юпитером, и вызван вспышками и сияниями. Источник широкополосного километрового излучения (bKOM, broadband kilometric radiation) ещё до конца не определён. Они могут идти из полярных широт гиганта, а также со стороны тора Ио. Убегающее продолжительное излучение (escaping continuum) - это низкочастотная радиоэмиссия, которая генерируется далеко от поверхности, но в пределах магнитосферы. Захваченное излучение (trapping continuum) имеет частоту меньшую, чем окружающий солнечный ветер, который и мешает ему распространятся, что не даёт этому типу излучения покидать магнитосферу.

В добавление к предыдущей диаграмме, на этой можно увидеть узкополосную километровую эмиссию (nKOM, narrowband kilometric radiation). Она генерируется около наружного края плазменного тора Ио, на расстоянии 8 - 9 радиусов Юпитера. Кстати, считается, что высокочастотная полоса электронного циклотронного гармонического излучения (EHC, electron cyclotron harmonic) может быть источником того же километрового. Также на диаграмме видно сближение с Ганимедом в виде скачка излучения от плазмы около спутника.



 
 

Исследования плазмы у Ио

С 1960х годов Ио считался одним из важнейших компонент системы Юпитера, так как он вносил некоторые поправки в её дециметровое радиоизлучение. Далее при обследованиях Вояджера был обнаружен очень высокий уровень вулканической активности этого спутника, который также очень сильно влиял на всю систему. Ио извергает буквально тонны материала в секунду. В результате чего вокруг Юпитера образуется облако из выброшенных частиц в форме пончика, которое называется плазменным тором Ио. Теперь Галилео смог в непосредственной близи от спутника изучать магнитное поле и его плотность.


 
 

Диаграмма электрического поля

Узкая линия на диаграмме электрического поля, которая постепенно увеличивается по частоте со временем, называется ВГРЛ - верхней гибридной резонансной линией (UHR, upper hybrid resonance band). Этот спектр является прямым измерением плотности плазмы в торе Ио, которая достигает в среднем порядка нескольких тысяч частиц на кубический сантиметр. Пик на этой линии относится к самой близкой точке от поверхности, где плотность заряженных частиц возрастает до 45,000 на кубический сантиметр, что ещё раз подтверждает гипотезу о Ио, как об источнике плазменного тора. Волны, которые представляют собой свист, это особенности волнового спектра тора. Некоторые расширения в интервале волн связаны с движением плазмы, которая утекает от Ио во внешнюю магнитосферу Юпитера.


 
 

Диаграмма магнитного поля

Это диаграмма магнитного поля, на которой представлена часть "свистящего" излучения описанного выше.


 
 
Диаграмма электромагнитной активности около Ио при программе I31

Диаграмма электромагнитной активности около Ио при программе I31

График со звуковым сопровождением демонстрирует интенсивность волнение электромагнитного поля с резким подъёмом и внезапным спадом электронной плотности около северного полюса Ио. Секция возрастания активности начинается на 1/3 длины графика слева и соответствует высокой электронной плотности.

Исследователи перевели электромагнитные волны в плазме около Ио на "язык" звука. График является результатом исследований тонкой заряженной оболочки вокруг Ио с помощью оборудования Галилео, при его близком пролёте около северного полюса 6 августа 2001 года. Горизонтальная ось - время, представляющее сжатый 25 минутный пролёт. По вертикальной оси отложена частота, которая детектируется плазменным спектрометром Галилео, возрастающая с нескольких герц до нескольких мегагерц. Цвет внедрён для передачи интенсивности.

Узкая линия в верхней части графика является частотой определяемой от плотности электронов в плазме. Она появляется, когда Галилео пролетает непосредственно в близи исследуемого северного полушария, и исчезает во время покидания этого района через несколько минут.

Место, где шум сильно возрастает, является областью, в которой Галилео пересекает дорожки движущихся электронов вдоль линий магнитного поля между Ио и Юпитером. Крутые изменения в уровне шума представляют собой чёткие границы в этом соединительном маршруте, называемыми потоковыми трубками. Интенсивность рёва напоминает об огромной мощности, эквивалентной 1,000 раз большей, чем средняя электростанция, вырабатываемой при движении Ио, как электрического проводника, в магнитном поле Юпитера.


Медиа файлы:

I31-nulevels5-sm.mov (параметры: 4,94Mb .MOV)
i31.swf (параметры: 105,0Kb .SWF)


Диаграмма электромагнитной активности около Ио при программе I32

Диаграмма электромагнитной активности около Ио при программе I32

Это аналогичная диаграмма со звуковым сопровождением демонстрирует волнение электромагнитного поля около южного полюса Ио.

Эти данные были получены при пролёте Галилео около южного полюса 16 октября 2001 года.


 
 

Медиа файлы:

I32-nulevels5-sm.mov (параметры: 4,94Mb .MOV)
i32.swf (параметры: 105,0Kb .SWF)

 
 

Исследования плазмы у Ганимеда


 
 

Диаграмма электрического поля

Эта диаграмма представляет собой сильное взаимодействие между Ганимедом и магнитосферой Юпитера. Разнообразие волнового спектра является доказательством небольшой собственной магнитосферы у этого спутника. Линия шума, обозначенная fUH, определяет плотность плазмы приблизительно как 100 частиц на кубический сантиметр. Широкополосные разрывы в начале и в конце периода взаимодействия (broadband burst) являются свидетельством магнитопаузы, или границы магнитосферы. Полоса излучения после близкого сближения - это электронное гармоническое излучение, известное на Земле как генератор северных сияний. Яркое широкополосное излучение на диаграмме в центре сближения и излучение, помеченное как "chorus", называется "свистящим" излучением. Максимальная частота этого излучения определяется максимумом магнитного поля Ганимеда, засечённым Галилео, и соотносится с размером 400 нТл (наноТесла). Узкополосное излучение, справа от взаимодействия с Ганимедом, впервые обнаружено у спутника, это излучение обнаружено у Земли, у внешних планет, включая Юпитер.


 
 

Диаграмма магнитного поля

Эта диаграмма демонстрирует электромагнитный характер "свистящего" излучения, которое видно на диаграмме выше.

В дополнение к этим диаграммам составлена ещё одна.

27 июня 1996 года Галилео первый раз пролетел мимо самой большой луны Юпитера - Ганимеда. В результате была записана магнитосфера у Ганимеда. Это был первый раз, когда изучалась магнитосфера спутника.

Теперь эти данные предоставлены здесь как в звуковом формате, так и в визуальном, и сжаты от 45 минут общего времени исследования до 60 секунд. Линейка времени по горизонтали, частота звука по вертикали. Цвет на диаграмме представлен для передачи интенсивности, красный для сильных волн, синий для слабых волн.

Звуковая дорожка синхронизирована со спектрограммой. Вход в магнитосферу Ганимеда сопровождается с резким увеличением шума, через 6 - 10 секунд от начала записи. По мере приближения в звуковой картинке начинает усиливаться нерегулярный тон, который достигает пика и далее уменьшается. Это зависит от плотности заряженных частиц около Ганимеда.

 
 

Медиа файл:

ganpws.mov (параметры: 3,75Mb .MOV)


 
 

Исследования плазмы у Европы


Европа движется по орбите вокруг Юпитера по внутреннему краю плазменного тора Ио. Исследования плазмы показали, что существует серьёзное взаимодействие между магнитосферой Юпитера и этим спутником, но доминирующее воздействие тора Ио покрывает многие стороны этого взаимодействия.


 
 

Диаграмма электрического поля

Эта диаграмма показывает интенсивное широкополосное волнение с центром в сближении с Европой, которое мы называем "свистящим" излучением. Тем не менее, шум, который достигает в среднем 10 кГц, по природе имеет электростатическое происхождение, и не относится к "свисту". Верхняя гибридная резонансная линия (UHR, upper hybrid resonance) проходит около вершины диаграммы и имеет практически одинаковую частоту, что говорит о практически одинаковой плотности плазмы около Европы, в отличие от её соседей Ио и Ганимеда. Интересен тот факт, что интенсивность этой линии значительно увеличивается около Европы. Это значит, что спутник вносит значимый вклад в это излучение.


 
 

Диаграмма магнитного поля

Эта диаграмма покрывает тот же промежуток времени, что и диаграмма выше. Основная характеристика здесь - это магнитная компонента "свистящего" излучения.

Послушайте звучание плазмы около Европы. Плазменный приёмник Галилео имеет специальный режим обработки, который записывает реальную форму волны от сигнала, записываемого антенной для измерения электрического поля. Временная линейка сжата с 45 минутного сближения с Европой, были вырезаны слишком короткие отрезки волн, а также большие паузы между волновыми отрезками. Оригинальная полоса находится на частоте 80 кГц, что не доступно человеческому уху, поэтому запись замедленна примерно в 10 раз.


 
 

Звуковой файл:

e6a_80kHz.wav (параметры: 855,0Kb .WAV)


 
 

Исследования плазмы у Каллисто


Это один из четырёх галилеевых спутников, который слабо взаимодействует с магнитосферой Юпитера. Это может происходить из-за большого удаления от гиганта, около 25 юпитерианских радиусов, но может быть и из-за характеристик поверхности.


 
 

Диаграмма электрического поля

Взаимодействие Каллисто состоит из некоторого количества широкополосных взрывных электростатических излучений, хотя одно из них выходит за рамки взаимосвязи с окружающей магнитосферой. Короткий высокочастотный скачок является следом верхней гибридной резонансной линии (fUP), и является свидетельством плотности плазмы, порядка 100 частиц на кубический сантиметр. Это означает, что Каллисто также является источником плазмы, хотя и не таким мощным как Ио!


 
 

Диаграмма магнитного поля

Единственная структура на магнитной диаграмме, это след интерференции. Этот факт свидетельствует о скачке в электрическом поле в виде электростатических волн, противопоставляемых электромагнитным.

Есть возможность прослушать плазму Каллисто, сделанную аналогично записи с Европы.

 
 

Звуковой файл:

c3_80kHz.wav (параметры: 477,0Kb .WAV)



Материалы опубликованы на сайте uiowa.edu

 
 

Перевод и подготовка статьи:

Михаил mi.k (bhclabs@yandex.ru)

Оригинал документа:

http://www-pw.physics.uiowa.edu/~wsk/galileo/planetfest/ca.htm
http://www-pw.physics.uiowa.edu/~wsk/galileo/planetfest/ga.htm
http://www-pw.physics.uiowa.edu/~wsk/galileo/planetfest/io.htm
http://www-pw.physics.uiowa.edu/~wsk/galileo/planetfest/eu.htm
http://www-pw.physics.uiowa.edu/~wsk/galileo/planetfest/radio.htm
http://www2.jpl.nasa.gov/galileo/instruments/pls.html
 
 
 
Еще о Юпитере:
 
 
Общая информация о Юпитере

Миссии по изучению Юпитера:

NASA готовиться к миссии Юнона к Юпитеру
Совместные европейско-американские межпланетные миссии

Четкость достигнутая для Юпитера
Юпитер уже 10 лет переживает страшный удар кометы
Учёные подвергли сомнению защитную роль Юпитера
Кассини вновь взглянул на Юпитер
Юпитер и Марс: перекликающиеся исследования
Научная компания для Юпитера

Внутреннее строение:

Кратеры от астероидов содержат ключ к вопросу о возрасте Юпитера
Новые модели говорят о том, что Юпитер может иметь каменное ядро, окруженное льдом
Дожди из гелия льются в недрах планет-гигантов
Недра Юпитера и Сатурна заполнены металлическим гелием

Атмосфера:

Тепловое свечение Большого Красного Пятна
Конвективные процессы являются двигателем мощных потоков на планетах-гигантах
Диффузия вызывает покраснение Красного Пятна Малыша
Новый метод исследования атмосферы Юпитера
Три красных пятна перемешались на Юпитере
В Малом красном пятне Юпитера дуют рекордные ветры
Раскрыта тайна суперветров Юпитера
Мощные извержения весны 2007 года в атмосфере Юпитера
Мощные глобальные изменения в атмосфере Юпитера
Холодная дыра над северным полюсом Юпитера

Электромагнитное поле:

Юпитерианская магнитосфера отличается от земной
Солнечный ветер вокруг Юпитера
Исследования плазмы у Юпитера


Исследования "Новых Горизонтов":

Система Юпитера в новом свете от Новых Горизонтов
Первые данные ультрафиолетовых исследований Юпитера с "Новых Горизонтов"
Полет "Новых Горизонтов" около Юпитера, подробный отчет
Ровно год с момента запуска "Новых Горизонтов"
Долгожданное начало исследований Юпитера "Новыми Горизонтами"
Первый взгляд на Плутон с окрестностей Юпитера
Новости от "Новых Горизонтов" 1 ноября 2006 года
Первые снимки Юпитера, сделанные New Horizons
Исследование системы Юпитера с помощью аппарата New Horizons
Изучение плазмы Юпитера и его спутников

Ударные события Юпитера

Ударное событие с Юпитером летом 2009 года

Система колец Юпитера

Вероятно у Юпитера появилось новое кольцо
Теневые дела Юпитера

Спутники Юпитера:

Юпитер отлавливал комету в течении 12 лет
Юпитер оказался пожирателем своих спутников
Спутник Юпитера Амальтея после катастрофы превратился в груду камней

 
 
 
Обзор последних статей:

В атмосфере найдены органические "молекулы-кирпичи"

Исследование Кваоара с помощью КТ Хаббла

Дождливое утро в районе Ксанаду на Титане

Обзорная статья о спутниках Сатурна

Исследование Седны

Открытие Эриды и ее спутника

Открытие новых спутников Плутона

Пропеллеры в кольцах Сатурна

Кольца Сатурна имеют намного больший возраст

Горячие циклоны всбиваются на обоих полюсах Сатурна

Студенты открыли более 1,300 новых астероидов

Астрономы нашли горячую точку на южном полюсе Нептуна

На Кваоаре обнаружен метан

Найдена связь между астероидной атакой и всплеском эволюции

Обозначения малых тел Солнечной системы

Планета Кваоар когда-то расплавляла свои внутренности

Земляне покушаются на подлёдный океан Европы

Уран и Нептун дважды поменяли орбиты

Юпитер уже 10 лет переживает страшный удар кометы

  Главная → Статьи + Юпитер → Исследования плазмы в системе Юпитера