Зонд «Юнона» у Юпитера: что происходит на пути солнечного ветра

Где Юпитер встречает солнечный ветер

Солнце непрерывно выбрасывает плазму — поток электронов и ионов. На подлёте к Юпитеру поток движется быстрее, чем возмущения в плазме успевают распространяться ему навстречу. Возникает головная ударная волна: направленное движение замедляется, плазма сжимается, часть энергии переходит в тепло и колебания полей.

Между ударной волной и магнитопаузой течёт уже сжатый и нагретый солнечный ветер. За магнитопаузой преобладает влияние собственного поля Юпитера. Обе границы могут смещаться при изменениях солнечного ветра и проходят далеко от облаков.

Два пересечения за десять часов

10 декабря 2024 года около 17:25 UTC «Юнона» пересекла фронт наружу. Перед ним приборы выделили протяжённую область с ионами, которые, по интерпретации команды, отразились от фронта и ушли навстречу ветру. Ещё дальше регистрировались ленгмюровские волны — колебания электронов, которые могут возбуждать пучки отражённых электронов.

11 декабря около 03:05 UTC аппарат пересёк фронт обратно. Вместо широкой зоны с отражёнными ионами перед резким скачком поля выделялась компактная область. Угол между полем солнечного ветра и направлением поперёк фронта оценили примерно в 17° для первого пересечения и 54° для второго. При малом угле ионы могут уходить далеко вдоль поля, при более поперечном — скорее разворачиваются к фронту. Оба прохода состоялись примерно в 5,8 миллиона километров от центра Юпитера.

Как Waves различает волны в плазме

Waves регистрирует колебания электрического и магнитного полей. Его данные сопоставили с показаниями магнитометра и детектора ионов. Скачок поля и появление или исчезновение характерного потока протонов отмечают пересечение. Спектрограмма показывает, какие частоты выделились в этот момент, а короткие записи сигнала — как менялась форма отдельных колебаний.

Что означают три гармоники

При втором проходе в коротком пакете ионно-звуковых колебаний выделились пики на 5,61, 11,13 и 16,68 кГц. Две верхние частоты близки к удвоенной и утроенной первой — это гармоники. На записи электрического поля видны приплюснутые вершины волн. Амплитуда оставалась ниже порога перегрузки, поэтому прибор не мог создать такую форму, обрезав пики слишком сильного сигнала.

Одна возможная причина — захват части электронов электрическим полем волны. Форма сигнала согласуется с этой гипотезой. Несколько гармоник могут передавать энергию электронам с разными скоростями. Скорость распространения фазы и поляризацию прибор не определил. В соседней части фронта команда увидела другой рисунок: около 18 пиков с шагом примерно 300 Гц, которые связала с электронной циклотронной дрейфовой неустойчивостью.

Почему магнитные пики повторялись

Самый сильный магнитный пик совпал с резким скачком поля, который авторы приняли за основной фронт. Перед ним было два заметных пика, за ним ещё четыре. Они повторялись примерно через 8,3 секунды — около четверти времени, за которое протон совершил бы полный оборот вокруг направления магнитного поля перед фронтом.

Наиболее вероятное объяснение команды — периодическая перестройка фронта, при которой новый резкий переход может формироваться перед прежним. В сообщении исследователей малые ударные структуры названы shocklets. Одна «Юнона» измеряла поле лишь в одной точке в каждый момент. Замеры ионов делались каждые 120 секунд, поэтому проверить их роль в восьмисекундных циклах напрямую не удалось.

Что общего у ударных волн Юпитера и Земли

У земной ударной волны уже наблюдали многие из тех же типов колебаний. В записях «Юноны» выделялись гармоники и регулярные магнитные структуры, но двух проходов недостаточно, чтобы судить об их частоте. Миссия TRACERS изучает, как солнечный ветер взаимодействует с магнитосферой Земли через полярные каспы. Магнитные бури связаны с обменом энергией между потоком и околоземной системой. Ударная волна, которую пересекла «Юнона», расположена снаружи магнитопаузы.

Что происходит глубже в магнитосфере Юпитера

Внутри магнитосферы часть плазмы поставляет вулканический спутник Ио. Вещество ионизируется и образует кольцо вдоль его орбиты. Спутник Европа тоже движется в этой магнитной среде, где заряженные частицы воздействуют на её поверхность. А зонд «Паркер» ранее измерял похожие гармоники ионно-звуковых волн в других условиях — намного ближе к Солнцу.

Где «Юнона» находится в ноябре 2026 года

«Юнона» вышла на орбиту Юпитера в июле 2016 года. Первое пересечение ударной волны прибор Waves зарегистрировал ещё 24 июня 2016-го при подлёте. Статья о двух проходах декабря 2024 года вышла онлайн 31 июля 2026-го. Университет Айовы сообщил о ней 21 сентября, а 29 октября её результат вновь появился в новостях.

На 4 ноября 2026 года NASA указывает, что аппарат исследует Юпитер с орбиты. В графике расширенной миссии следующее максимальное сближение PJ89 запланировано на 13 ноября. На этом этапе оборот вокруг планеты занимает около 33 суток.

Что ещё предстоит измерить

Несколько аппаратов у фронта помогли бы отличить движение границы через прибор от изменений, которые возникают в самой плазме. Для расчёта нагрева нужны полные измерения полей и более частые замеры распределения частиц по скоростям. Такие наблюдения позволят проверить физику обмена энергией и в моделях более мощных бесстолкновительных ударных волн, например в остатках сверхновых.