Proměnlivá ionosféra Jupiteru

3. července 2019

Pracovníci KFPP MFF UK na základě analýzy měření sondy Juno zjistili, že se v ionosféře Jupiteru pravděpodobně vyskytují díry – oblasti s překvapivě velmi nízkou hustotou plazmatu. Spoluautorský článek vyšel v Nature Communications.

Kosmická sonda Juno krouží od roku 2016 po eliptické dráze okolo planety Jupiter. Každých 53 dní se dostane na vzdálenost pouhých několika tisíc kilometrů nad její plynný povrch, který je definovaný úrovní tlaku jednoho baru. Díky této unikátní dráze sonda Juno při každém blízkém průletu okolo Jupiteru pravidelně zaznamenává elektromagnetické signály o slyšitelných frekvencích vyzařované bleskovými výboji v atmosféře planety. Během šíření těchto signálů plazmatickým prostředím ionosféry a magnetosféry planety směrem k sondě dochází k jejich disperzi, která způsobí, že se původní velmi rychlý širokopásmový elektromagnetický impuls změní v hvízdavý signál: jeho vyšší frekvence dorazí k sondě rychleji než ty nižší. Hvízdavé signály neboli hvizdy poprvé zaznamenala v okolí Jupiteru sonda Voyager v roce 1979. Na základě podobnosti těchto detekovaných signálů s pozemskými hvizdy víme již 40 let, že se blýská nejen na Zemi.

V záznamech měření elektrického pole na palubě sondy Juno ve vyšším frekvenčním pásmu (mezi 20 kHz a 150 kHz) jsme překvapivě nalezli krátké pulsy, které rovněž vykazovaly disperzi a byly detekovány v podobných místech planety jako nízkofrekvenční hvizdy. Takový typ vysokofrekvenčního signálu nebyl detekován žádnou ze sond, které dříve navštívily Jupiter, a jejich absence byla vysvětlena jejich silnou absorpcí v hustém plazmatu ionosféry planety.

V sadě téměř šedesáti tisících záznamů fluktuací elektrického pole pořízených během osmi blízkých průletů sondy okolo planety jsme našli 445 případů nových pulzů. Pečlivou analýzou možných způsobů šíření jsme zjistili, že jejich detekce na palubě sondy je možná jedině v případě přítomnosti oblastí s velmi malou hustotou plazmatu v ionosféře planety, kterými detekované signály proniknou až k sondě. Pro všechny pozorované případy jsme odhadli maximální hustotu plazmatického prostředí, kterým se signály šířily od místa svého vzniku k místu detekce, a vytvořili tak mapu oblastí s nízkou hustotou ionosférického plazmatu. Odhadli jsme, že uvnitř „děr“ v ionosféře se nachází méně než 250 částic v centimetru krychlovém. Díky modelování naměřených spektrálních tvarů pulsů jsme byli schopni odhadnout nejen hustotu prostředí v ionosférických děrách, ale také jejich velikost ve směru šíření signálu.

Naše výsledky (hustota prostředí < 250 cm-3 a rozměr díry 0.6 – 105 km), které se opírají o analýzu vlastností nově objevených pulsních signálů pocházejících od blesků, ukazují, že je ionosféra Jupiteru mnohem více variabilní, než jsme se domnívali na základě informací pocházející z tzv. zákrytových měření variací ionosférické hustoty provedených sondami Voyager 2 a Galileo.

Ivana KolmašováOndřej Santolík, KFPP