Nya upptäckter om Jupiter kan leda till en bättre förståelse av jordens egen rymdmiljö och påverka en långvarig vetenskaplig debatt om solsystemets största planet.
"Genom att utforska ett större rymd som Jupiter kan vi bättre förstå den grundläggande fysiken som styr jordens magnetosfär och därigenom förbättra vår rymdväderprognos", säger Peter Delamere, professor vid UAF Geophysical Institute och UAF College of Natural Science and Mathematics.
"Vi är en stor rymdväderhändelse från att förlora kommunikationssatelliter, våra kraftnätstillgångar eller båda", sa han.
Rymdväder syftar på störningar i jordens magnetosfär som orsakas av interaktioner mellan solvinden och jordens magnetfält. Dessa är i allmänhet förknippade med solstormar och solens koronala massutkast, vilket kan leda till magnetiska fluktuationer och störningar i elnät, rörledningar och kommunikationssystem.
Delamere och ett team av medförfattare beskrev sina upptäckter om Jupiters magnetosfär i en artikel i AGU Advances . Geofysiska institutets forskningsdocent Peter Damiano, UAF doktorandforskarna Austin Smith och Chynna Spitler, och tidigare studenten Blake Mino är bland medförfattarna.
Delameres forskning visar att vårt solsystems största planet har en magnetosfär som består av till stor del slutna magnetiska fältlinjer vid dess polära områden men inklusive ett halvmåneformat område av öppna fältlinjer. Magnetosfären är den sköld som vissa planeter har som avleder mycket av solvinden.
Debatten om öppen kontra stängd vid polerna har rasat i mer än 40 år.
En öppen magnetosfär hänvisar till en planet som har några öppna magnetfältlinjer nära sina poler. Dessa är tidigare stängda linjer som har brutits isär av solvinden och lämnats för att sträcka sig ut i rymden utan att åter komma in på planeten.
Detta skapar regioner på Jupiter där solvinden, som bär några av solens magnetfältslinjer, direkt interagerar med planetens jonosfär och atmosfär.
Solpartiklar som rör sig mot en planet på öppna fältlinjer orsakar inte norrsken, som till stor del förekommer på slutna fältlinjer. Men energin och rörelsemängden hos solvindspartiklar på öppna fältlinjer överförs till det slutna systemet.
Jorden har en i stort sett öppen magnetosfär vid sina poler, med norrsken som förekommer på slutna fältlinjer. Det är den överförda energin på dessa öppna linjer som kan störa elnät och kommunikationer.
För att studera Jupiters magnetosfär körde Delamere en mängd olika modeller med hjälp av data som förvärvats av NASA Juno-rymdfarkosten, som gick in i Jupiters bana 2016 och har en elliptisk polär bana.
"Vi hade aldrig data från polarområdena, så Juno har varit transformerande när det gäller planetens norrskens fysik och hjälpt till att driva diskussionen om dess magnetfältslinjer," sa Delamere.
Debatten började med Jupiters förbiflygningar 1979 av NASA:s Voyager 1 och Voyager 2. Dessa uppgifter fick många att tro att planeten hade en allmänt öppen magnetosfär vid sina poler.
Andra forskare hävdade att Jupiters norrskensaktivitet, som skiljer sig mycket från jordens, indikerade att planeten hade en mestadels stängd magnetosfär vid polerna. Delamere, en mångårig forskare av Jupiters magnetfält, publicerade en artikel som stödde den uppfattningen 2010.
År 2021 var han medförfattare till en artikel av Binzheng Zhang från University of Hong Kong som genom modellering föreslog att Jupiters magnetosfär hade två områden med öppna magnetfältlinjer vid sina poler.
Modellen visar en uppsättning öppna fältlinjer som dyker upp från polerna och släpar utåt bakom planeten i magnetsvansen, den smala droppformade delen av magnetosfären pekar bort från solen. Den andra uppsättningen dyker upp från Jupiters poler och går åt sidorna ut i rymden, buren av solvinden.
"Zhang-resultatet gav en rimlig förklaring till områdena med öppna fält," sa Delamere. "Och i år gav vi övertygande bevis i Juno-data för att stödja modellresultatet.
"Det är en viktig validering av Zhang-papperet", sa han.
Delamere sa att det är viktigt att studera Jupiter för att bättre förstå jorden.
"I den stora bilden representerar Jupiter och jorden motsatta ändar av spektrumet - öppna kontra slutna fältlinjer," sa han. "För att helt förstå magnetosfärisk fysik måste vi förstå båda gränserna."
Delameres bevis kom via ett instrument på rymdfarkosten Juno som avslöjade ett polärt område där joner flödade i en riktning motsatt Jupiters rotation.
Efterföljande modellering visade ett liknande jonflöde i samma område – och nära de öppna fältlinjerna som föreslagits i 2021-tidningen av Zhang och Delamere.
"Den joniserade gasen på [slutna] magnetfältslinjer anslutna till Jupiters norra och södra halvklot roterar med planeten", avslutar Delameres nya artikel, "medan joniserad gas på [öppna] fältlinjer som ansluter till solvinden rör sig med solvinden ."
Delamere skriver att den polära placeringen av öppna magnetfältlinjer "kan representera en karakteristisk egenskap hos roterande jättemagnetosfärer för framtida utforskning."
Andra bidragsgivare är från University of Colorado Boulder, Johns Hopkins University, Andrews University, Embry-Riddle Aeronautical University, University of Hong Kong, University of Texas San Antonio, Southwest Research Institute och O.J. Brambles Consulting i Storbritannien.
Delamere kommer att presentera forskningen i juli vid konferensen om magnetosfärer på de yttre planeterna vid University of Minnesota.
Mer information: P. A. Delamere et al, Signatures of Open Magnetic Flux in Jupiter's Dawnside Magnetotail, AGU Advances (2024). DOI:10.1029/2023AV001111
Journalinformation: AGU-förskott
Tillhandahålls av University of Alaska Fairbanks
