Um mistério da Aurora constante de Júpiter foi finalmente resolvido após 40 anos

A Terra não é o único mundo adornado com o fenômeno atmosférico brilhante que é a aurora. Na verdade, em uma competição de aurora do Sistema Solar, o vencedor claro seria Júpiter. O chamado Rei dos Planetas é coroado com as auroras mais poderosas do Sistema Solar, circulando permanentemente seus dois pólos.

Como eles brilham apenas em comprimentos de onda não visíveis, não podemos vê-los a olho nu, então foi só há 40 anos que foram descobertos. Desde então, os cientistas se perguntam como essas auroras produzem explosões periódicas de radiação-X.

Agora, eles pensam que o resolveram. Usando observações simultâneas da sonda Juno de Júpiter e do observatório espacial de raios-X XMM-Newton, uma equipe liderada pelo cientista planetário Zhonghua Yao, da Academia Chinesa de Ciências da China, ligou as explosões de raios-X às vibrações nas linhas do campo magnético do gigante gasoso.

Essas vibrações geram ondas no plasma que se propagam ao longo das linhas do campo magnético, fazendo chover íons pesados ​​periodicamente e colidir com a atmosfera de Júpiter, liberando energia na forma de raios-X.

“Vimos Júpiter produzindo aurora de raios X por quatro décadas, mas não sabíamos como isso aconteceu. Só sabíamos que eles foram produzidos quando os íons se chocaram com a atmosfera do planeta”, explicou o astrofísico William Dunn, da University College London, no Reino Unido .

“Agora sabemos que esses íons são transportados por ondas de plasma – uma explicação que não foi proposta antes, embora um processo semelhante produza a própria aurora da Terra. Poderia, portanto, ser um fenômeno universal, presente em muitos ambientes diferentes no espaço.”

Aqui na Terra, as auroras são geradas por partículas que vêm do sol. Eles colidem com o campo magnético da Terra, que envia partículas carregadas como prótons e elétrons zunindo ao longo das linhas do campo magnético em direção aos pólos, onde chovem na atmosfera superior da Terra e colidem com as moléculas atmosféricas. A ionização resultante dessas moléculas gera as deslumbrantes luzes dançantes.

Em Júpiter, existem algumas diferenças. As auroras são constantes e permanentes, como observado anteriormente; isso porque as partículas não são solares, mas da lua joviana Io, o mundo mais vulcânico do Sistema Solar. Está constantemente expelindo dióxido de enxofre , que é imediatamente removido por meio de uma complexa interação gravitacional com o planeta, tornando-se ionizado e formando um toro de plasma ao redor de Júpiter.

E então há os pulsos de raios-X. Para descobrir como eles estavam sendo gerados, a equipe de pesquisa estudou o planeta, usando observações simultâneas de Juno e XMM-Newton, feitas de 16 a 17 de julho de 2017, em um total de 26 horas. Durante esse tempo, Júpiter estava emitindo uma rajada de raios-X aproximadamente a cada 27 minutos.

Com base nessas observações, a equipe relacionou as observações de Juno do plasma com as observações de XMM-Newton das explosões aurorais de raios-X; com modelagem por computador, eles determinaram como os dois fenômenos podem ser ligados.

A equipe concluiu que as compressões no campo magnético de Júpiter estão criando ondas de íons de oxigênio e enxofre que espiralam ao longo das linhas do campo magnético em direção aos pólos de Júpiter, onde chovem, colidem com a atmosfera e geram rajadas de raios-X.

Essas ondas são chamadas de ondas cíclotron de íons eletromagnéticos (ou EMIC), e também foram associadas a auroras bruxuleantes aqui na Terra.

Não está claro, neste ponto, o que impulsiona as compressões no campo magnético de Júpiter. Pode ser a influência do vento solar, a circulação de materiais pesados dentro da magnetosfera de Júpiter ou as ondas de superfície na magnetopausa, o limite externo entre a magnetosfera e o plasma circundante.

Independentemente de como as compressões são geradas, o fato de o mesmo mecanismo – ondas EMIC – ter sido associado a emissões aurorais em dois mundos tão diferentes sugere que pode ser bastante comum no Sistema Solar, assim como na galáxia além.

“Agora que identificamos esse processo fundamental, há inúmeras possibilidades de onde ele poderá ser estudado a seguir”, disse Yao .

“Processos semelhantes provavelmente ocorrem em torno de Saturno, Urano, Netuno e provavelmente exoplanetas também, com diferentes tipos de partículas carregadas ‘surfando’ nas ondas.”

Os resultados mostram que as ondas EMIC podem estar desempenhando um papel importante, até então despercebido, na dinâmica iônica da atmosfera de Júpiter, e podem nos ajudar a entender melhor os processos de plasma em toda a galáxia.