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Les aurores de Jupiter // Jupiter’s auroras

Selon une nouvelle étude par des chercheurs de l’Université de Leicester, publiée début janvier 2022 dans le Journal of Geophysical Research: Space Physics, les aurores de Jupiter sont causées par un « bras de fer » cosmique généré par les volcans situés Io, la lune la plus proche de la planète.
La sonde Juno de la NASA et le télescope spatial Hubble ont fourni de nouvelles preuves montrant que la rotation rapide de Jupiter et l’émission de soufre et d’oxygène par les volcans sur Io créent un système de courants électriques qui génère les puissantes aurores observées autour des pôles de Jupiter.
La taille de Jupiter est plus de 11 fois supérieure à celle de la Terre. La planète effectue une rotation environ toutes les 9 heures 30 minutes. En orbite autour de Jupiter, à une distance moyenne d’environ 422 000 kilomètres, Io compte plus de 400 volcans actifs, qui projettent de la lave à des dizaines de kilomètres de hauteur. Ces émissions retombent dans l’orbite de Jupiter où elles deviennent du plasma, un matériau chargé électriquement.
Le Magnetic Field Investigation à bord de Juno, qui mesure le champ magnétique de Jupiter depuis l’orbite de la sonde spatiale, offre une vue détaillée de l’environnement plasmatique externe de Jupiter et des courants électriques qui le traversent. De son côté, le spectrographe d’imagerie de Hubble mesure la luminosité des aurores de Jupiter.
Les résultats obtenus sur le processus qui gère les aurores de Jupiter montrent l’intérêt de combiner les observations du télescope Hubble avec les mesures de la sonde Juno. Les images fournies par Hubble donnent une vue globale, tandis que Juno effectue des observations de proximité.
La rotation rapide de Jupiter repousse la plus grande partie des matériaux en provenance de lo, et à mesure que ces matériaux sont repoussés vers l’extérieur, leur vitesse de rotation ralentit. Cependant, Jupiter tente de maintenir ces matériaux dans sa propre vitesse de rotation via des courants électriques circulant dans la haute atmosphère et la magnétosphère de la planète. Cette situation crée une sorte de bras de fer électromagnétique entre le système de courants électriques et les matériaux à l’intérieur de la magnétosphère. Au fur et à mesure que ces matériaux se déplacent le long des lignes de champ magnétique de Jupiter, en se dirigeant vers les pôles de la planète, ils parcourent la haute atmosphère de cette dernière et interagissent avec les gaz, ce qui donne naissance à de superbes aurores aux couleurs éclatantes.
Cette situation permet non seulement de comprendre le fonctionnement du champ magnétique de Jupiter, mais aussi celui des planètes en orbite autour d’autres étoiles, pour lesquelles les mêmes théories ont déjà été avancées.
Source : Space.com.

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According to a new study by researchers from the University of Leicester published early January 2022 in the Journal of Geophysical Research: Space Physics, Jupiter’s auroras are caused by a cosmic game of « tug-of-war, » fueled by volcanoes on the planet’s innermost moon, Io.

NASA’s Juno spacecraft and Hubble Space Telescope have revealed new evidence suggesting Jupiter’s rapid rotation and the release of sulfur and oxygen from volcanoes on Io create an electric current system that drives the powerful auroras observed around the gas giant’s poles.

Jupiter is more than 11 times wider than Earth, completing one rotation approximately every 9.5 hours. Orbiting Jupiter at an average distance of about 422,000 kilometers, Jupiter’s moon Io has more than 400 active volcanoes, which shoot lava dozens of kilometers high. These emissions fall into Jupiter’s orbit and become plasma, an electrically charged material.

Juno’s Magnetic Field Investigation, which measures Jupiter’s magnetic field from orbit, offers a detailed view of Jupiter’s outer plasma environment and the electrical currents traveling through it, while Hubble’s Imaging Spectrograph measures the brightness of Jupiter’s auroras.

These results on how Jupiter’s aurorae work show the interest of combining Earth-based observations from Hubble with Juno measurements. The Hubble Space Telescope images provide the broad overview, while Juno investigates close up.

Jupiter’s rapid rotation repels most of the material ejected from lo, and as the material moves outward, its rotation rate slows. However, Jupiter attempts to keep this material spinning at its rotation speed via electric currents flowing through the planet’s upper atmosphere and magnetosphere. In turn, this creates an electromagnetic tug-of-war between the electric current system and material in the magnetosphere. As the material travels along Jupiter’s magnetic field lines, back toward the planet’s poles, it cycles through the planet’s upper atmosphere and interacts with gases, creating vivid aurora light shows.

This relation not only helps understand how Jupiter’s magnetic field works, but also those of planets orbiting other stars, for which the same theories have previously been used.

Source: Space.com.

 

Image composite d’aurores sur Jupiter, réalisée à l’aide du spectrographe d’imagerie du télescope spatial Hubble. (Source : NASA)

Le mystère des aurores boréales // The mystery of northern lights

Cette note n’a pas pour sujet les volcans ou les glaciers mais les aurores boréales – aurora borealis – un phénomène qui fascine ceux qui visitent l’Arctique ou l’Antarctique où l’on peut observer les glaciers et les calottes glaciaires.

On peut lire sur l’excellent site Web The Watchers qu’une nouvelle étude conduite par des scientifiques de l’Institut de recherche environnementale Espace-Terre de l’Université de Nagoya (Japon) a révélé un mécanisme inconnu de la magnétosphère dans lequel les électrons en provenance du Soleil sont propulsés par une énergie électrique plus puissante qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

La formation des aurores boréales et australes commence lorsque du plasma est propulsé à très grande vitesse dans l’espace par le Soleil sous forme de particules chargées. Lorsque ces particules se rapprochent de la Terre, elles sont déviées et canalisées, et vont circuler le long des lignes de champ magnétique pour finalement se diriger vers les pôles. La plupart des électrons de la magnétosphère n’atteignent pas l’ionosphère (haute atmosphère) car ils sont repoussés par le champ magnétique terrestre.

Certaines particules accélèrent leur course dans la haute atmosphère terrestre où elles entrent en collision avec des atomes d’oxygène et d’azote qu’elles excitent à une altitude d’environ 100 km. Lorsque les atomes se défont de leur état d’excitation, ils produisent des aurores boréales.

Cependant, de nombreux détails sur ce processus sont encore mystérieux. Par exemple, on ne connaît pas avec précision la manière dont est généré le champ électrique qui accélère les électrons dans l’ionosphère, ni même sa hauteur au-dessus de la Terre. Les scientifiques pensaient jusqu’à présent que l’accélération se produisait à des altitudes comprises entre 1 000 et 20 000 km au-dessus de la Terre. La nouvelle étude montre que la zone d’accélération s’étend au-delà de 30 000 km. Elle montre aussi que le champ électrique qui accélère les particules aurorales peut exister à n’importe quelle hauteur le long d’une ligne de champ magnétique et n’est pas limité à la région de transition entre l’ionosphère et la magnétosphère à plusieurs milliers de kilomètres. Cela laisse supposer que des mécanismes magnétosphériques inconnus entrent en jeu.

L’équipe scientifique a étudié aux États-Unis et au Canada les données d’imageurs fournies par le détecteur d’électrons du satellite japonais Arase. Les données ont été collectées à partir de septembre 2017, au moment où Arase se trouvait à une altitude d’environ 30000 km et dans un mince arc auroral actif pendant quelques minutes.

Les chercheurs ont pu mesurer les mouvements ascendants et descendants des électrons et des photons, ce qui a révélé que la zone d’accélération des électrons commençait au-dessus du satellite et s’étendait en dessous.

Afin d’approfondir l’étude de la zone d’accélération à haute altitude, le prochain objectif de l’équipe scientifique sera d’analyser les données fournies par plusieurs événements d’aurores boréales, de comparer les observations de haute et de basse altitude et de réaliser des simulations numériques du potentiel électrique.

Les chercheurs expliquent que si l’on comprend comment se forme ce champ électrique, on comblera les lacunes dans la compréhension de la formation des aurores et dans le transport d’électrons sur Terre et d’autres planètes comme Jupiter et Saturne.

Référence :  « Active auroral arc powered by accelerated electrons from very high altitudes » – Imajo, S., et al. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

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This post is not about volcanoes or glaciers but about Northern Lights – aurora borealis – a phenomenon that fascinates those who visit the Arctic or the Antarctic where glaciers and ice sheets can be observed.

We can read on the excellent website The Watchers that new research by scientists at Nagoya University’s Institute for Space-Earth Environmental Research has revealed an unknown mechanism of the magnetosphere in which electrons from the Sun are propelled by electrical energy higher than previously thought, ultimately creating displays of northern and southern lights.

The formation of auroras starts with supersonic plasma propelled from the Sun as high-speed, charged particles into space. When these particles get near Earth, they are deflected and funneled in streams along the magnetic field lines, flowing towards the poles eventually.

Most electrons in the magnetosphere don’t reach the ionosphere (upper atmosphere) because they are repelled by the Earth’s magnetic field.

Some particles are accelerated into the Earth’s upper atmosphere, where they collide with and excite oxygen and nitrogen atoms at an altitude of roughly 100 km. When the atoms relax from their state of excitation, they emit the auroras. However, many details about this process are still unknown. For instance, we don’t know all the details of how the electric field that accelerates electrons into the ionosphere is generated or even how high above Earth it is.

Scientists previously believed that acceleration happened at altitudes between 1 000 and 20 000 km above the Earth. The new research reveals that the acceleration region spreads beyond 30 000 km. It shows that the electric field that accelerates auroral particles can exist at any height along a magnetic field line and is not limited to the transition region between the ionosphere and magnetosphere at several thousand kilometres. This suggests that unknown magnetospheric mechanisms are at play.

The scientific team studied data from ground-based imagers in the U.S. and Canada from the electron detector on the Japanese satellite, Arase. The data was taken from September 2017, when Arase was at an altitude of about 30 000 km and located within a thin active auroral arc for a few minutes.

The researchers were able to measure the upward and downward movements of electrons and photons, eventually finding the acceleration region of electrons began above the satellite and extended below.

To further investigate the high-altitude acceleration region, the team’s next goal is to analyze data from multiple aurora events, compare observations of high and low altitudes, and conduct numerical simulations of electric potential.

The researchers explain that understanding how this electric field forms will fill in gaps for understanding aurora emission and electron transport on Earth and other planets, including Jupiter and Saturn.

Reference

« Active auroral arc powered by accelerated electrons from very high altitudes » – Imajo, S., et al. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

Photo : C. Grandpey