Юпитер разгоняет электроны почти до скорости света — так же рождаются космические лучи

Прямо перед Юпитером, там, где солнечный ветер впервые ударяет в огромное магнитное поле планеты, зонд НАСА «Юнона» измерил электроны, летящие почти со скоростью света. Такими быстрыми частицы не рождались. Их разогнали на месте, в турбулентной границе, идущей впереди планеты, и они достигли скоростей даже выше тех, что тот же процесс создаёт у Земли.

Это единственное измерение простирается далеко за пределы Юпитера. То, как планета-гигант разгоняет обычные частицы до предельных энергий, похоже на уменьшенную версию того, как галактика производит космические лучи — частицы высокой энергии, которые пронизывают пространство и каждую секунду обрушиваются на атмосферу Земли. Десятилетиями эта связь оставалась сильным подозрением. Теперь есть прямое измерение механизма, действующего в масштабе планеты.

Всё происходит в области, называемой форшоком, — зоне взбаламученных магнитных полей и отражённых частиц, которая образуется прямо перед головной ударной волной, резким фронтом, где солнечный ветер наваливается на магнитный щит планеты. Внутри этой турбулентности магнитные условия способны подхватывать часть пролетающих частиц и швырять их вперёд снова и снова, добавляя энергию при каждом проходе, пока небольшая группа не разгоняется до релятивистских скоростей.

Решающим Юпитер делает его размер. Его головная ударная волна превращает земную в крошечную, и электроны, зарегистрированные «Юноной», росли вместе с ней, достигая энергий выше всего, что измерено в той же обстановке у нашей планеты. Именно это масштабирование и есть награда. Если более крупная ударная волна предсказуемо разгоняет частицы до больших скоростей, ту же закономерность можно протянуть к куда более обширным ударным фронтам, выбрасываемым взрывающимися звёздами, — главным кандидатам на роль источника галактических космических лучей.

Команда не полагалась на один Юпитер. Она сравнила показания «Юноны» с данными двух миссий, следящих за той же физикой у Земли, где аппараты могут разместиться прямо внутри форшока и опробовать его в деталях. Совпадение между столь разными масштабами и позволяет утверждать, что наблюдается единый универсальный процесс, а не местная причуда Юпитера.

Утверждение пока опирается на ударную волну одной планеты, зафиксированную во время определённых витков, а электроны — лишь часть истории космических лучей, в которой преобладают более тяжёлые протоны и атомные ядра. Распространить результат на остатки сверхновых — значит предположить, что та же физика сохраняется при огромном скачке размеров и энергий, а этот мост напрямую не наблюдался. Измерение сужает вопрос, но не закрывает его.

Понимать, откуда берутся космические лучи, — не отвлечённая головоломка. Эти частицы задают радиационную опасность для космонавтов и электроники аппаратов, движут химию планетных атмосфер и переносят энергию по галактике. Привязка ускорения к процессу, который мы можем наблюдать в собственной Солнечной системе, превращает космическую загадку в нечто проверяемое.

Результаты опубликованы в журнале Nature. «Юнона», находящаяся на орбите с 2016 года, продолжает свои длинные петли вокруг Юпитера, и каждая вновь проносит её приборы сквозь форшок, где будут сделаны следующие измерения этого ускорения.

Теги: астрономия