ข้อมูลรังสีเอกซ์และออปติคอลแสดงให้เห็นการระเบิดของแสงออโรร่าที่แปลกประหลาด (NASA Chandra/Juno Wolk/ดันน์)
โลกไม่ใช่โลกเดียวที่ประดับประดาด้วยปรากฏการณ์ชั้นบรรยากาศที่ส่องแสงออโรร่า ในความเป็นจริง ในการแข่งขันแสงออโรร่าของระบบสุริยะ ผู้ชนะที่ชัดเจนน่าจะเป็นดาวพฤหัสบดี- สิ่งที่เรียกว่าราชาแห่งดาวเคราะห์นั้นสวมมงกุฎด้วยแสงออโรร่าที่ทรงพลังที่สุดในระบบสุริยะ โดยโคจรรอบขั้วทั้งสองของมันอย่างถาวร
เนื่องจากพวกมันเรืองแสงในช่วงความยาวคลื่นที่มองไม่เห็นเท่านั้น เราจึงไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จนกระทั่งเมื่อ 40 ปีที่แล้วพวกมันถูกค้นพบ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ได้สงสัยว่าแสงออโรร่าเหล่านี้ก่อให้เกิดการแผ่รังสีเอกซ์เป็นระยะๆ ได้อย่างไร
ตอนนี้พวกเขาคิดว่าพวกเขาได้แก้ไขมันแล้ว ทีมงานที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ จงหัว เหยา จาก Chinese Academy of Sciences ในประเทศจีน ใช้การสำรวจพร้อมกันจากยานสำรวจดาวพฤหัสบดี Juno และหอสังเกตการณ์อวกาศรังสีเอกซ์ XMM-Newton ได้เชื่อมโยงการปะทุของรังสีเอกซ์กับการสั่นสะเทือนในเส้นสนามแม่เหล็กของก๊าซยักษ์
การสั่นสะเทือนเหล่านี้สร้างคลื่นในพลาสมาที่แพร่กระจายไปตามเส้นสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดไอออนหนักตกลงมาเป็นระยะๆ และชนกับชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี ปล่อยพลังงานออกมาในรูปของรังสีเอกซ์
“เราเคยเห็นดาวพฤหัสสร้างรังสีออโรร่าจากรังสีเอกซ์มาเป็นเวลาสี่ทศวรรษแล้ว แต่เราไม่รู้ว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร เรารู้เพียงว่าพวกมันถูกสร้างขึ้นเมื่อไอออนพุ่งชนชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์”วิลเลียม ดันน์ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์อธิบายของ University College London ในสหราชอาณาจักร
ตอนนี้เรารู้แล้วว่าไอออนเหล่านี้ถูกขนส่งโดยคลื่นพลาสมา ซึ่งเป็นคำอธิบายที่ไม่เคยมีการเสนอมาก่อน แม้ว่ากระบวนการที่คล้ายกันจะก่อให้เกิดแสงออโรร่าของโลกก็ตาม ดังนั้น มันจึงเป็นปรากฏการณ์สากลที่ปรากฏในสภาพแวดล้อมต่างๆ ในอวกาศได้"
บนโลกนี้ แสงออโรร่าถูกสร้างขึ้นโดยอนุภาคที่พัดเข้ามาจากดวงอาทิตย์ พวกมันชนกับสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งส่งอนุภาคที่มีประจุ เช่น โปรตอนและอิเล็กตรอน ฟุ้งซ่านไปตามเส้นสนามแม่เหล็กไปยังขั้ว ซึ่งพวกมันตกลงมาบนชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลกและชนกับโมเลกุลในชั้นบรรยากาศ ผลการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลเหล่านี้ทำให้เกิดแสงเต้นรำอันน่าทึ่ง
บนดาวพฤหัสบดีมีความแตกต่างเล็กน้อย แสงออโรร่านั้นคงที่และถาวรดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ นั่นเป็นเพราะว่าอนุภาคไม่ใช่ดวงอาทิตย์ แต่มาจากดวงจันทร์ดาวพฤหัสบดี Io ซึ่งเป็นโลกภูเขาไฟที่สูงที่สุดในระบบสุริยะ ของมันพ่นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกมาอย่างต่อเนื่องซึ่งจะถูกแยกออกทันทีโดยปฏิสัมพันธ์เชิงโน้มถ่วงที่ซับซ้อนกับดาวเคราะห์ กลายเป็นไอออไนซ์และก่อตัวเป็นพรูพลาสมารอบดาวพฤหัสบดี
แล้วก็มีพัลส์เอ็กซ์เรย์ ทีมวิจัยได้ศึกษาดาวเคราะห์ดวงนี้โดยใช้การสังเกตการณ์พร้อมกันของจูโนและ XMM-Newton ซึ่งถ่ายเมื่อวันที่ 16-17 กรกฎาคม พ.ศ. 2560 เป็นเวลารวม 26 ชั่วโมงเพื่อหาคำตอบว่าพวกมันถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร ในช่วงเวลานี้ ดาวพฤหัสปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาทุกๆ 27 นาทีโดยประมาณ
จากการสังเกตการณ์เหล่านี้ ทีมงานได้เชื่อมโยงการสังเกตการณ์พลาสมาของจูโนกับการสังเกตการณ์การระเบิดของรังสีเอกซ์ด้วยรังสีเอกซ์ของนิวตัน ด้วยการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ พวกเขาได้พิจารณาว่าปรากฏการณ์ทั้งสองอาจเชื่อมโยงกันอย่างไร
ทีมงานสรุปว่าแรงอัดในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสกำลังสร้างคลื่นออกซิเจนและไอออนซัลเฟอร์ที่หมุนวนไปตามเส้นสนามแม่เหล็กไปยังขั้วของดาวพฤหัส ซึ่งฝนตกลงมา ชนกับบรรยากาศ และสร้างการระเบิดของแสงรังสีเอกซ์
คลื่นเหล่านี้เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไอออนไซโคลตรอน (หรือ EMIC) และก็มียังเชื่อมโยงกับแสงออโรร่าที่ริบหรี่อีกด้วยที่นี่บนโลก
ณ จุดนี้ ยังไม่มีความชัดเจนว่าอะไรทำให้เกิดแรงอัดในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดี อาจเป็นอิทธิพลของลมสุริยะการไหลเวียนของวัสดุหนักภายในแมกนีโตสเฟียร์ดาวพฤหัสบดี หรือคลื่นพื้นผิวบนแมกนีโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นขอบเขตด้านนอกระหว่างแมกนีโตสเฟียร์กับพลาสมาโดยรอบ
อย่างไรก็ตาม การบีบอัดเกิดขึ้น ข้อเท็จจริงที่ว่ากลไกเดียวกัน - คลื่น EMIC - เชื่อมโยงกับการปล่อยแสงออโรร่าบนโลกที่แตกต่างกันมากสองใบ ชี้ให้เห็นว่ามันอาจพบได้ทั่วไปในระบบสุริยะและในกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไป
"ตอนนี้เราได้ระบุกระบวนการพื้นฐานนี้แล้ว มีความเป็นไปได้มากมายว่าจะศึกษาที่ไหนต่อไป"ย่ากล่าวว่า-
“กระบวนการที่คล้ายคลึงกันน่าจะเกิดขึ้นรอบๆดาวเสาร์-ดาวยูเรนัสเนปจูนและอาจเป็นดาวเคราะห์นอกระบบด้วย โดยมีอนุภาคมีประจุชนิดต่างๆ 'ท่อง' คลื่น"
ผลการวิจัยพบว่าคลื่น EMIC อาจมีบทบาทสำคัญซึ่งก่อนหน้านี้ไม่มีใครสังเกตเห็นในพลวัตของไอออนในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัส และอาจช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการพลาสมาทั่วกาแลคซีได้ดีขึ้น
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์-
