Космический зонд NASA «Юнона» совершил удивительное открытие, зарегистрировав в магнитосфере Юпитера ранее неизвестный тип плазменных волн. Это явление демонстрирует поведение плазмы, которое не укладывается в рамки современных научных теорий, описывающих взаимодействие частиц в экстремально сильных магнитных полях.
Обнаруженные волны представляют собой аномалию, поскольку их характеристики противоречат фундаментальным законам физики плазмы. Учёные столкнулись с необходимостью пересмотреть существующие модели, чтобы объяснить, как вещество ведёт себя в уникальных условиях газового гиганта.
С 2016 года аппарат «Юнона» проводит детальные исследования Юпитера, собирая огромные массивы данных о планете, её спутниках и кольцах. В рамках расширенной миссии траектория зонда постепенно сместилась, позволив впервые в истории детально изучить высокоширотные области магнитосферы вблизи северного полюса планеты.
Загадочная магнитосфера Юпитера
Магнитосфера Юпитера — это гигантский «пузырь», созданный мощнейшим магнитным полем планеты. Его масштабы поражают: эта область пространства простирается почти до орбиты Сатурна, находясь на расстоянии около 7 миллионов километров от Солнца. Будучи крупнейшей магнитосферой в Солнечной системе, она представляет собой уникальную природную лабораторию для изучения космической плазмы.
Аномалия в полярных регионах
Наблюдения «Юноны» быстро выявили серьёзные расхождения с теоретическими предсказаниями. Новое исследование, возглавляемое Робертом Лесаком из Университета Миннесоты, предлагает возможное объяснение этой загадки. Открытие может привести к пересмотру принципов моделирования магнитных полей и астрофизических процессов не только на Юпитере, но и на других планетах, звёздах и в далёких уголках Вселенной.
За почти десятилетие работы «Юнона» собрала колоссальный объём информации.
Обратите внимание: Астрономы обнаружили необычный пульсар.
По мере смещения орбиты к северному полюсу зонд обнаружил в магнитосфере области с экстремально низкой плотностью электронов. Именно здесь, где напряжённость магнитного поля достигала 20 гаусс (2 миллитесла), и была зафиксирована аномалия: частота плазменных волн оказалась значительно ниже так называемой ионной циклотронной частоты, что является прямым нарушением общепринятых законов.В этих специфических условиях наблюдаемые волны проявили гибридные свойства. Альфвеновские волны, которые обычно связаны с колебаниями ионов, начали демонстрировать характеристики ленгмюровских волн, генерируемых движением электронов. Исследовательская группа Лесака описала этот феномен и дала ему название — «альфвеновско-ленгмюровская мода».
Возможный переворот в физике плазмы?
Согласно классической теории, существует чёткое разграничение: ленгмюровские волны колеблются вдоль силовых линий магнитного поля на частотах выше ионной циклотронной, а альфвеновские — перпендикулярно им и только на более низких частотах. Волны, обнаруженные «Юноной», нарушают это правило. Их частота ниже ионной циклотронной, но при этом близка к плазменной частоте и никогда её не превышает.
Это открытие указывает на то, что плазма в условиях сверхсильного магнитного поля и крайне низкой плотности может вести себя совершенно непредсказуемым образом, формируя новые, ранее неизвестные состояния.
Лесак и его коллеги проанализировали взаимосвязь между частотой волн и их волновыми числами в магнитосфере Юпитера. Они пришли к выводу, что в столь уникальной среде происходит трансформация: альфвеновские волны могут эволюционировать в ленгмюровские волны с высокими волновыми числами. Учёные предполагают, что этот процесс может быть запущен пучками электронов с энергией от 1 кэВ до 2 МэВ, которые ранее фиксировались «Юноной» в полярных областях планеты.
Значение для астрофизики
Открытие нового гибридного волнового состояния способно стать прорывом в физике плазмы. Оно особенно важно для создания более точных моделей магнитосфер других небесных тел. Исследователи полагают, что аналогичные условия могут существовать на магнитных звёздах и экзопланетах, обладающих мощными магнитными полями. Таким образом, это открытие не только углубляет наше понимание Юпитера, но и предоставляет новый инструмент для интерпретации астрофизических явлений в удалённых уголках космоса.
Исследование было опубликовано в журнале Письма физического осмотра 16 июля 2025 г.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.