목성의 에너지 위기 해결: 오로라가 상층 대기를 태우다

목성은 지구보다 태양에서 5배 더 멀리 떨어져 있습니다. 그렇다면 상층 대기가 우리보다 훨씬 더 뜨거운 이유는 무엇입니까? 그것은 과학자들이 50년 이상 동안 대답하려고 노력해 온 목성의 에너지 위기에 대한 질문입니다 . 2021년 8월 4일 JAXA의 James O'Donoghue 가 이끄는 과학자 팀 이 퍼즐을 풀었다고 발표했습니다. O'Donoghu는 다음과 같이 말했습니다.

우리는 태양계에서 가장 강력한 목성의 강렬한 오로라가 행성의 상부 대기 전체를 ​​놀랍도록 높은 온도로 가열하는 원인임을 발견했습니다.

피어 리뷰 저널 자연 출판 년 8 월 4 일 팀의 새로운 연구를.

목성의 에너지 위기: 기원

50년 동안 과학자들은 목성의 상층 대기가 태양에서 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 왜 그렇게 뜨거운지 궁금해했습니다. 이 근본적인 퍼즐을 목성의 에너지 위기 라고 합니다 . 다른 거대 행성인 토성, 천왕성, 해왕성도 예상보다 비슷합니다. 그래서 과학자들은 때때로 이 문제 를 거대한 행성 에너지 위기 라고 부릅니다 .

목성의 상층 대기는 예상보다 약간 뜨겁지 않습니다. 훨씬 더 덥습니다. 목성의 태양으로부터의 거리만을 기준으로 했을 때 목성의 상부 대기는 약 -100F(-73C)여야 합니다. 그러나 관측에 따르면 목성의 상층 대기는 대신 800F(426C)의 온도로 치솟습니다.

오로라는 거대한 목성의 뜨거운 상층 대기의 경우 주요 용의자였지만 과학자들은 목성의 강한 바람과 빠른 회전에 비추어 오로라의 효과가 어떻게 작용할지 확신하지 못했습니다. 목성은 적도 근처에서 동쪽에서 서쪽으로 부는 매우 빠른 바람을 가지고 있으며, 우리 태양계의 다른 어떤 행성보다 빠르게 회전합니다. 컴퓨터 모델링은 목성의 빠른 자전으로 인한 동서 적도 바람이 적도를 향하는 뜨거운 오로라 바람을 압도하고 서쪽으로 방향을 바꾸는 것을 보여주었습니다. 기본적으로 그들은 행성의 빠른 회전과 빠른 바람이 오로라 가열이 지구 전역으로 퍼지는 것을 방지하기 위해 뭉칠 것이라고 믿었습니다.

그러나 이것은 과학자들이 발견한 것이 아닙니다.

목성에 대한 아티스트의 개념, 상황에 맞는 가시광선 기능과 상층 대기의 적외선 기능도 표시됩니다. 이 상부 대기의 밝기는 가장 뜨거운(흰색)에서 덜 뜨거운(진한 빨간색)까지의 온도에 해당합니다. 오로라는 가장 뜨거운 지역입니다. J. O'Donoghue(JAXA)/ Hubble/ NASA / ESA/ A. Simon/ J. Schmidt 를 통한 이미지

오로라는 목성의 상층 대기를 태운다

과학자들은 목성 주위를 도는 NASA의 Juno 우주선, JAXA의 Hisaki 위성 및 하와이 의 Keck 천문대 등 세 개의 관측소 에서 얻은 데이터를 사용 했습니다.

이 관측소는 목성, 오로라 및 자기장(오로라를 생성하는 방아쇠)에 대한 데이터를 수집하고 과학자들이 이를 분석했습니다. 2016년 4월과 2017년 1월 이틀 밤에 이루어진 Keck 관측을 통해 과학자들은 극에서 적도까지 전하를 띤 입자를 추적할 수 있었습니다. 과학자들은 10,000개의 개별 데이터 포인트를 포함하는 목성 상층 대기의 온도 지도를 만들었습니다. 상층 대기에 대한 이 고해상도 지도는 열이 넓게 분포되어 있고 온도가 극에서 적도로 갈수록 서서히 가늘어지는 것을 보여줍니다. 레스터 대학의 Tom Stallard는 다음과 같이 말했습니다.

우리는 또한 오로라에서 멀리 떨어져 있는 이상한 국부적인 가열 영역을 드러냈습니다. 그것은 우리가 전에 본 것과는 달리 긴 가열 막대입니다. 이 기능이 무엇인지 확신할 수는 없지만 오로라에서 적도 방향으로 흐르는 열의 회전파라고 확신합니다.

결정적으로, 팀의 2017년 1월 관측은 오로라 고리 중 하나에서 방출되는 열파를 보여주었고, 이는 목성과 충돌한 고압력의 태양풍 포켓과 일치했습니다. O'Donoghue는 다음과 같이 덧붙였습니다.

이 잠재적인 열 방출 이벤트를 포착한 것은 순전히 운이었습니다. 최근에 태양풍 압력이 높지 않은 다른 밤에 목성을 관찰했다면 놓쳤을 것입니다!

지구 궤도에 있는 Hisaki 위성은 2013년부터 목성의 자기장과 태양의 영향을 모니터링하고 있습니다. Hisaki는 Keck 관측 동안 태양풍이 높아서 향상된 오로라를 생성했다고 언급했습니다. 마지막으로 Juno의 역할은 오로라가 어디에 있는지 정확히 찾아내는 것이었습니다. O'Donoghu는 다음과 같이 설명했습니다.

이것을 해변처럼 상상해 보십시오. 뜨거운 대기가 물이고, Juno가 매핑한 자기장이 해안선이고, 오로라가 바다라면 우리는 물이 바다를 떠나 육지를 범람했다는 것을 발견했고 Juno는 그 해안선이 우리를 도울 위치를 밝혔습니다. 홍수의 정도를 이해한다.

 

결론: 오로라는 목성의 상층 대기를 불에 태워 먼 행성에서 예상되는 것보다 훨씬 더 뜨거운 온도를 만듭니다.