Was ist die Natur einer „Flussröhre“ zwischen Saturn und Enceladus, und was bedeutet „L-Schale=4“?

Eine „ Flussröhre “ ist eine magnetisch begrenzte Leitung, die es geladenen Teilchen ermöglicht, zwischen einem Ort in der Magnetosphäre eines Planeten und einem anderen zu fließen.

Eine „ L-Schale “ ist eine Teilmenge der magnetischen Feldlinien eines Planeten, die den Äquator des Planeten (jedenfalls für die meisten Planeten) bei der angegebenen Anzahl von Planetenradien vom Zentrum des Planeten kreuzen.

In einem gleichförmigen Magnetfeld erfährt ein geladenes Teilchen, das sich entlang von Feldlinien bewegt, keine Nettokraft aus dem Feld. Einer, der sich senkrecht zu den Feldlinien bewegt, erfährt die Lorentz-Kraft , F = q ( V X B ), wobei q die Teilchenladung, V der Geschwindigkeitsvektor und B der Feldvektor ist. Da diese Kraft immer senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor des Teilchens steht, läuft das Teilchen im Kreis herum! Wenn das vVektor ist schief zum Feldvektor, dh er hat eine Komponente parallel zum magnetischen Feldvektor und eine Komponente senkrecht zum Feldvektor, seine Geschwindigkeit entlang der Feldlinien bleibt unverändert, während die Komponente senkrecht zu den Linien ihre kreisförmige Sache macht: die Teilchenspiralen entlang der Feldlinien!

Nettoergebnis: Geladene Teilchen können sich leicht entlang von Magnetfeldlinien bewegen, aber es ist nahezu unmöglich, erhebliche Entfernungen senkrecht zum Feld zurückzulegen. Das Flussrohr ist wie ein von Isoliermaterial umgebener Leiter.

Besteht ein Potentialunterschied zwischen dem Planeten und einem Mond, der sich im Magnetfeld bewegt, können geladene Teilchen leicht entlang der Flussröhre vom Mond zum Planeten oder umgekehrt fließen. Diese Flussröhre folgt der üblichen toroidalen Geometrie eines Dynamofelds, sodass die Röhre bei den meisten Monden irgendwo in der Nähe der Pole mit dem Planeten verbunden ist.

Eine L-Schale ist eine toroidale Oberfläche innerhalb eines Dynamofeldes. Wenn Sie sich alle Feldlinien vorstellen, die in einem bestimmten Radius durch die Äquatorialebene verlaufen, sagen wir bei 4 Planetenradien vom Zentrum, und ihnen allen zu den Polen folgen, erhalten Sie eine toroidale Oberfläche. Alles innerhalb dieser Oberfläche wird als "bei L = 4" oder "bei einer L-Schale von 4" bezeichnet. L = 2 würde den Äquator bei 2 Planetenradien schneiden und so weiter. Ein Flussrohr innerhalb der L-Schale mit L = 4 würde also als "bei L = 4" bezeichnet.

Das hier weiter unten beschriebene Bild von Cassini zeigt (bei ultravioletten Wellenlängen) zwei Dinge: 1) die "normale" Aurora bei sehr hohen L-Schalen (also näher am Pol), die aus Strömen geladener Teilchen entsteht, die bei vielen Saturnradien erzeugt werden , wo der Sonnenwind und das Magnetfeld des Saturn interagieren; und 2) die viel kleinere Stelle, an der die Enceladus-Flussröhre, die die Ströme geladener Teilchen transportiert, die Atmosphäre des Saturn schneidet und ihre eigene kleine Aurora erzeugt (in den weißen Kästchen).

Als Ph.D. Student Ich war in einer Forschungsgruppe mit Leuten, die die ganze Zeit damit gearbeitet haben. Die Flussröhren könnten nicht nur geladene Teilchen leiten, sie können auch Radiowellen leiten, also würden diese Leute starke Radiosignale in bestimmte Regionen injizieren und sehen, wie die Magnetosphäre reagiert.

Enceladus 'Fußabdruck' auf Saturn

Die NASA-Raumsonde Cassini hat in der Nähe des Nordpols von Saturn einen leuchtenden Fleck aus ultraviolettem Licht entdeckt, der das Vorhandensein eines elektrischen Stromkreises anzeigt, der Saturn mit seinem Mond Enceladus verbindet. Dieser neu entdeckte Fleck tritt am „Fußabdruck“ der magnetischen Verbindung zwischen Saturn und Enceladus auf und weist auf Elektronen und Ionen hin, die entlang von Magnetfeldlinien beschleunigt werden. Weiße Kästchen zeigen die Position dieses Fußabdrucks an, den Wissenschaftler schon lange vorhergesagt, aber noch nie zuvor gesehen haben.

Der Fleck leuchtet aufgrund des gleichen Phänomens, das Saturns bekannte Nord- und Südpol-Auroren zum Leuchten bringt: Energiereiche Elektronen tauchen in die Atmosphäre des Planeten ein. Der Fußabdruck ist jedoch nicht mit den Polarlichtringen um die Pole des Saturn verbunden.

Die beiden hier gezeigten Bilder wurden am 26. August 2008 mit Cassinis UV-Bildgebungsspektrografen im Abstand von 80 Minuten aufgenommen. Der Fußabdruck bewegte sich entsprechend den Änderungen in der Position von Enceladus. Auf dem Bild stellen die Farben dar, wie hell die extrem ultravioletten Emissionen sind. Die Bereiche mit der niedrigsten Emission (ein bis zwei extrem ultraviolette Zählungen pro Pixel) sind schwarz/blau. Die hellsten Emissionsbereiche (500 bis 1.000 extrem ultraviolette Zählungen pro Pixel) sind gelb/weiß.

Der Fußabdruck erschien bei etwa 65 Grad nördlicher Breite. Es maß ungefähr 1.200 Kilometer (750 Meilen) in Längenrichtung und weniger als 400 Kilometer (250 Meilen) in Breitengrad und bedeckte eine Fläche, die mit der von Kalifornien oder Schweden vergleichbar ist.

Auf dem hellsten Bild leuchtete der Fußabdruck mit einer ultravioletten Lichtintensität von etwa 1,6 Kilorayleigh, weit weniger als die polaren Polarlichter des Saturn. Dies ist vergleichbar mit der schwächsten Aurora, die auf der Erde ohne Teleskop im sichtbaren Lichtspektrum sichtbar ist.

Die Sonne beleuchtete Saturns Nordpol von links und der Fußabdruck befindet sich auf der Tagseite des Planeten. Die Nachtseite des Planeten lag rechts von der gestrichelten Linie.