Des observatoires internationaux se réunissent pour résoudre la « crise énergétique » sur Jupiter

Jupiter est montré dans la lumière visible par rapport au contexte sous une bonne impression artistique de la lueur infrarouge de la haute atmosphère jovienne. La luminosité particulière de cette couche supérieure de l’atmosphère se réfère aux températures, allant du chaud au glacial, dans cet ordre : blanchi, jaune, rouge vif et enfin rouge foncé. Les aurores particulières sont les régions les plus populaires et la photo montre comment la chaleur peut être transportée simplement par les vents loin de l’aurore particulière et entraîner un réchauffement à l’échelle de la planète. Pointage de crédit : J. O’Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt

Assis à plus de cinq fois la longueur du Soleil depuis la Terre, Jupiter ne devrait pas devenir particulièrement chaud. En fonction de la quantité de lumière solaire obtenue, la température moyenne dans l’environnement supérieur de la planète devrait être d’environ 100 degrés Fahrenheit ou un glacial moins 73 Celsius . Au lieu de cela, la valeur estimée monte à 800 degrés F ou 426 C. La source de cette chaleur supplémentaire a continué d’être insaisissable pendant cinquante ans, ce qui a amené les chercheurs à qualifier cet écart particulier de «crise énergétique» pour le monde.

Récemment, une équipe mondiale a rassemblé les résultats d’un trio associé aux observatoires — Nasa le vaisseau spatial Juno, l’observatoire WM Schmissig sur Maunakea à Hawai’i, ainsi que le satellite Hisaki de l’Agence japonaise de recherche aérospatiale ( JAXA ) – pour découvrir la source probable de la poussée thermique de Jupiter.

“Nous avons découvert que l’aurore intense de Jupiter, la plus puissante du système solaire, est chargée de chauffer la haute atmosphère de la planète entière afin d’atteindre des plages de températures étonnamment élevées”, a déclaré Adam O’Donoghue du JAXA Institute of Room and Astronautical Technology. , Sagamihara, Japon. O’Donoghue a commencé la recherche alors qu’il était au Goddard Area Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland et il est l’auteur principal de l’article sur cette étude publié dans le journal. Personnage .

Jupiter est généralement montré dans une lumière visible pour le cadre avec un impact artistique de l’éclat infrarouge de la haute atmosphère jovienne est superposé, ainsi que les contours du champ magnétique. Les aurores sont les régions les plus chaudes et l’image montre comment la chaleur peut être transportée par les vents éloignés des aurores et provoquer un réchauffement planétaire. Crédit : J. O’Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt

Les aurores se produisent lorsque des particules chargées électriquement sont généralement capturées dans le champ magnétique d’une planète. Ces types de spirale le long de lignes de pression invisibles dans l’industrie magnétique vers les pôles des aimants permanents de la planète, frappant les atomes et les molécules dans l’atmosphère pour libérer de la lumière et de l’énergie. Sur la planète, cela conduit au spectacle de lumière multicolore qui formera les aurores boréales et australes, également connues sous le nom d’éclairage nord et sud. À Jupiter, les matériaux qui jaillissent de sa lune pittoresque, Io, produisent les aurores les plus puissantes du programme solaire et un énorme système de chauffage dans l’environnement supérieur au-dessus des parties polaires de la planète.

Le concept que l’aurore pourrait être la source de l’énergie inexplicable de Jupiter avait été suggéré précédemment, mais les découvertes n’ont pas pu vérifier ou nier cela, jusqu’à présent.

Les modèles mondiaux de la haute atmosphère de Jupiter suggèrent que les vents chauffés par les aurores et probablement vers l’équateur seront submergés et détournés par des rafales de vent vers l’ouest entraînées par la rotation rapide de la planète. Cela pourrait empêcher la puissance aurorale de s’échapper des régions polaires particulières et de chauffer tout l’environnement. Cependant, ce tout nouveau résultat d’observation montre qu’un tel piégeage ne se produit tout simplement pas et que les vents particuliers vers l’ouest pourraient être relativement plus faibles par rapport aux vents attendus par rapport aux vents vers l’équateur.

Des cartes de température haute résolution via l’observatoire de Keck, associées à des informations sur le champ magnétique provenant d’Hisaki et de Juno, ont permis à l’équipe de capturer l’aurore en train de transmettre ce qui semble être l’impulsion de température vers le col de Jupiter.

Le groupe a observé Jupiter à l’aide du télescope Keck II pendant cinq heures sur deux nuits individuelles en avril 2016 et le mois de janvier 2017. À l’aide du spectrographe proche infrarouge (NIRSPEC) sur Keck II, la chaleur des molécules d’hydrogène facturées électriquement (ions H3+) dans L’atmosphère de Jupiter a été suivie depuis les poteaux de la planète jusqu’au col. Des cartes antérieures de la plage de chaleur atmosphérique supérieure ont été formées à l’aide d’images constituées de quelques pixels seulement. Ce n’est pas une résolution suffisante pour découvrir comment la température pourrait changer à travers la terre, fournissant peu d’indices quant à l’origine de la chaleur supplémentaire.

Pour améliorer la situation, l’équipe a utilisé la force de Keck II pour prendre beaucoup plus de mesures de températures à travers la planète et n’a incorporé que des mesures avec un doute dans l’enregistrement associé à moins de cinq pour cent. Cela a pris de nombreuses années de travail minutieux et a produit des feuilles de route de température avec plus de 10 000 points d’information individuels, la plus haute qualité à ce jour.

“Nous avons essayé cela trop de fois avec d’autres instruments utilisant le NIRSPEC de Keck, j’ai pu mesurer pour la toute première fois la lumière à travers Jupiter jusqu’à l’équateur assez rapidement pour que nous puissions ensuite tracer la température et la densité ionosphérique, », a déclaré Ben Stallard, co-auteur de l’article à l’Université de Leicester, Leicester, Royaume-Uni.

Au lieu de températures élevées uniquement dans les régions polaires proches des aurores, ce à quoi on s’attendrait lorsque la chaleur y a été capturée, ces cartes complètes ont montré que la chaleur dans la haute atmosphère était largement distribuée, avec une diminution continue de la température plus près de l’équateur.

« Nous avons également exposé une étrange zone de chauffage localisée bien loin de l’aurore – un long pub de chauffage contrairement à tout ce que nous avons remarqué auparavant », a déclaré Stallard. “Bien que nous ne puissions pas tous être sûrs de ce que peut être cette caractéristique, je suis convaincu qu’il s’agit d’un afflux continu de chaleur se déplaçant vers l’équateur depuis l’aurore. ”

De plus, les observations du satellite Hisaki de la JAXA ont démontré que les conditions au moment des observations de température de Keck II peuvent générer une forte aurore sur Jupiter. En orbite autour de la planète, Hisaki a remarqué le champ magnétique permanent générant des aurores autour de Jupiter depuis le début de la mission en 2013. Cette surveillance particulière à long terme a révélé que le champ magnétique de Jupiter peut être fortement influencé par le vent solaire ; le flux de particules de haute énergie provenant du Soleil. Le vent de l’énergie solaire transporte son champ magnétique, donc lorsqu’il rencontre le champ planétaire de Jupiter, celui-ci est comprimé. À l’époque des observations de Keck II, Hisaki a démontré que la pression dans le vent solaire avait été particulièrement élevée sur Jupiter et que la compression de l’industrie est susceptible d’avoir créé une aurore améliorée.

Enfin, les observations de Juno en orbite près de Jupiter ont fourni l’emplacement réel de l’aurore sur la planète.

“Les informations sur le champ magnétique de Juno nous ont fourni une” vérité sur le terrain ” concernant l’endroit où se trouvait l’aurore. Ces informations ne sont pas facilement disponibles à partir des feuilles de route thermiques, car la chaleur s’échappe dans de nombreuses instructions », a déclaré O’Donoghue. « Imaginez cela comme une plage : si l’atmosphère brûlante est de l’eau potable, l’industrie magnétique cartographiée par Juno est le rivage, et l’aurore est la mer, nous avons découvert que l’eau a quitté l’océan et a inondé la terre, De plus, Juno a révélé exactement où se trouvait ce rivage pour nous aider à nous familiariser avec le degré d’inondation. ”

« Ce fut une pure chance que des individus aient capturé cet événement de délestage de chaleur possible », ajoute O’Donoghue. « Si nous avions observé Jupiter un autre soir, alors que la pression du vent solaire n’avait pas été récemment élevée, nous l’aurions manqué ! ”

Le groupe continuera à évaluer les données et à créer d’autres cartes ; leur objectif particulier est de capturer l’aurore de Jupiter, un autre point chaud, en l’observant maintenant sur une période de 2-3 jours afin qu’ils puissent suivre l’énergie lorsqu’elle fait le tour de la planète.

« Peut-on remarquer une de ces caractéristiques qui se déplacent ? Montrera-t-il le flux particulier de chaleur aurorale en action ? Alors, comment exactement ce flux affecte-t-il les champs magnétiques environnants dont les gens savent maintenant qu’ils sont extrêmement complexes ? C’est un ensemble exilant de requêtes de recherche dans une région associée à l’ionosphère de Jupiter qui, il y a cinq ans, nous sera tous considérée comme banale », a déclaré Stallard.

Pour en savoir plus sur cette analyse, voir Secret à l’arrière de la « crise énergétique » de Jupiter révélée.

Point de référence : « Global upper-atmospheric Heating System on Jupiter with the polar aurorae » simplement par J. O’Donoghue, T. Moore, T. Bhakyapaibul, H. Melin, Capital t. Stallard, J. Électronique. P. Connerney plus C. Tao, le 4 août 2021, La nature .
DOI : 10. 1038/s41586-021-03706-w

À propos de NIRSPEC

Le spectrographe proche infrarouge (NIRSPEC) est un remarquable spectrographe à échelles à dispersion croisée qui capture les spectres d’objets sur la large gamme de longueurs d’onde infrarouges à une résolution spectrale plus élevée. Construit au laboratoire infrarouge de l’UCLA par un groupe dirigé par le professeur Ian McLean, l’instrument particulier est utilisé pour la recherche de vitesse radiale de célébrités cool, les mesures d’abondance associées aux étoiles et à leur propre environnement, la technologie planétaire et de nombreuses autres applications scientifiques. Un deuxième mode offre une faible qualité spectrale mais une prise de conscience élevée et est populaire pour les études de galaxies lointaines et d’étoiles de faible masse très impressionnantes. NIRSPEC peut également être utilisé avec le système de technologies optiques adaptatives (AO) de Schmissig II pour combiner les pouvoirs particuliers de la résolution spatiale plus élevée associée à l’AO avec la résolution spectrale plus élevée associée à NIRSPEC. Le soutien à ce projet a été offert par la Base Heising-Simons.

A propos de Watts. Observatoire M. Keck

Les Watts. Les télescopes de l’Observatoire M. Keck sont parmi les plus productifs au monde sur le plan scientifique. Les deux télescopes optiques/infrarouges de 10 mètres au sommet de Maunakea sur l’île associés à Hawai’i disposent d’une collection d’instruments de musique avancés, notamment des imageurs, des spectrographes multi-objets, des spectrographes haute résolution, des spectromètres à champ intégral, ainsi qu’une instruction laser de pointe systèmes de technologies optiques. Certaines des informations présentées ici ont été obtenues à l’Observatoire de Naseweis, qui est une organisation personnelle à but non lucratif 501 (c) 3 exploitée en tant que partenariat scientifique de l’Institut de Californie associé à la technologie, de l’Université ou du collège de Californie, ainsi que comme l’Administration nationale de l’aéronautique et de l’espace. L’Observatoire particulier a été autorisé par le généreux soutien monétaire des Watts. Base M. Keck. Les auteurs souhaitent reconnaître et reconnaître le rôle ethnique très important et le respect que le sommet associé à Maunakea a généralement eu au sein de la communauté autochtone hawaïenne. Nous avons été très chanceux d’avoir l’occasion de faire des découvertes à partir de cette montagne.