Magnetosfera de Júpiter 300px Modelo de la magnetosfera joviana Descubrimiento Descubierto por Pioneer 10 Descubierto en 1973 Campo interno Radio de Júpiter 71 492 km Momento magnético 1,56 x 1020 T·m³ Fuerza del campo ecuatorial 428 μT (4.28 G) Inclinación dipolar 10° Longitud del polo magnético 159° Período de rotación 9 h 55 m 29,7 ± 0,1 s Parámetros de la magnetosferaKhurana, 2004, pp. 5 Distancia del arco de choque ~82 RJ Distancia de la magnetopausa 50-100 Rj Longitud de la cola magnética ~ 5 UA Principales iones O+, S+, H+ Fuente de iones Ío Tasa de carga de material 1000 kg/s Densidad máxima del plasma 2000 cm−3 Energía máxima de las partículas 100 MeV Parámetros del viento solarBlanc, 2005, p. 238 (Table III) Velocidad 400 km/s Fuerza del CMI 1 nT Densidad 0,4 cm−3 Aurora Espectro Radio, IR, UV y rayos X Potencia eléctrica 100 TW Frecuencia de las emisiones de radio 0,01 a 40 MHz
La magnetosfera de Júpiter es la cavidad creada en el viento solar por el campo magnético de Júpiter. Se extiende 7millones de kilómetros en dirección del Sol y casi hasta la órbita de Saturno en la dirección opuesta (unos 750000000km o unas 5UA). Esta magnetosfera es más grande y poderosa que cualquier otra magnetosfera en el sistema solar, y también es la estructura continua conocida más grande solo después de la heliosfera. Más ancha y plana que la magnetosfera terrestre, la de Júpiter es mayor en magnitud y su momento magnético unas 18 000veces superior. La existencia de esta magnetosfera se infirió tras observaciones de emisión de radio a finales de la década de 1950, y se observó directamente mediante la sonda Pioneer10 en 1973.
El campo magnético joviano es generado por corrientes eléctricas que giran en la capa del hidrógeno metálico del planeta. Erupciones volcánicas en su satélite Ío expulsan grandes cantidades de dióxido de azufre hacia el espacio, formando un gran toroide alrededor del planeta. Las fuerzas del campo magnético joviano fuerzan al toroide a girar con la misma velocidad angular y dirección que la rotación del planeta. El toroide, en sí, carga el campo magnético con plasma, en el proceso, extendiéndola en una estructura llamada disco magnético. En efecto, la magnetosfera joviana es alimentada por plasma proveniente de su propia rotación, en vez de provenir del viento solar, como ocurre en la magnetosfera terrestre. Las fuertes corrientes en la magnetosfera generan auroras permanentes en las regiones polares de Júpiter, y las emisiones intensas de radio, como consecuencia, permiten que Júpiter pueda ser visto como un púlsar de radio bastante débil. Las auroras jovianas fueron observadas en casi todas las partes del espectro electromagnético, incluyendo la radiación infrarroja, ultravioleta, luz visible y rayos X.
La acción de la magnetosfera joviana atrae y acelera partículas, produciendo cinturones de radiación alrededor del planeta, semejantes a los cinturones de Van Allen, pero miles de veces más potentes. La interacción de las partículas energéticas con la superficie de los satélites jovianos afecta bastante las propiedades químicas y físicas de estos en cuestión. Estas mismas partículas también afectan y son afectadas por el movimiento de las partículas dentro del sistema de los anillos jovianos.
Estructura
La magnetosfera de Júpiter es una estructura compleja que consiste de un arco de choque, magnetopausa, cola magnética, disco magnético y otros componentes. El campo magnético de Júpiter es creado a través de diversas fuentes, incluyéndose la circulación de fluidos en el interior del planeta, corrientes eléctricas en plasma alrededor de Júpiter y corrientes en los bordes de la magnetosfera del planeta. La magnetosfera está localizada dentro del plasma del viento solar, que posee, a su vez, el campo magnético interplanetario.Khurana, 2004, pp. 12–13
Campo magnético
La mayor parte del campo magnético de Júpiter es generado, como en el caso del campo magnético terrestre, a través de una dinamo interna, apoyado por la circulación de fluido conductor en su núcleo externo. Sin embargo, mientras que el núcleo terrestre está hecho de hierro y níquel derretido, el núcleo jupiteriano está compuesto de hidrógeno metálico. Como en el caso del campo magnético terrestre, el campo magnético jupiteriano es ante todo dipolar, con polos magnético al norte y sur, al final de un único eje magnético. Sin embargo, en Júpiter, el polo norte del dipolo está localizado en el hemisferio norte del planeta, y el polo sur, en el hemisferio sur, en contraste con la Tierra, cuyo polo norte del dipolo se localizar en el hemisferio sur, y viceversa. El campo magnético jupiteriano también posee cuadrupolos, octupolos, y componentes más complejos, aunque estos tengan a penas un décimo de la fuerza del campo dipolar magnético jupiteriano.Khurana, 2004, pp. 3–5
El dipolo de Júpiter está localizado aproximadamente a 10° del eje de rotación del planeta, la inclinación es casi similar al de la Tierra (de 11,3°). La fuerza del campo ecuatorial es de cerca de 428 μT (4,28 G), que corresponde a un momento magnético de 1,53 x 1020T·m³. Esto hace que del campo magnético de Júpiter diez veces más fuerte que el de la Tierra, y su momento magnético, cerca de 18mil veces mayor.Russel, 1993, p. 694 El campo magnético de Júpiter posee el mismo período de rotación que la región bajo su atmósfera, de 9 h 55 min. Ningún cambio en su fuerza o su estructura fueron observados desde que las primeras medidas fueron tomadas por las sondas Pioneer10 y Pioneer11 en la década de 1970.
Tamaño y forma
+ Comparación entre los principales parámetros magnetosféricos de Júpiter con la de la Tierra.Khurana, 2004, pp. 1-3ParámetroJúpiterTierraRadio (Rp, en km)71 398 6 371Período de rotación (h)9,9 24Intensidad del campo magnético en el ecuador (μT)42831Momento del dipolo (en unidades terrestres)18 000 1Inclinación del dipolo magnético (en °)10 11,3Distancia de la magnetopausa (Rp)50–1008–10Potencia (en teravatios - TW -)100 1Densidad del viento solar (en cm−3)0,410Intensidad del campo magnético solar (nT)1 6Iones principales H+, On+, Sn+ H+, O+
El campo magnético interno de Júpiter impide que el viento solar, una corriente de partículas ionizadas, interactúe directamente con la atmósfera jupiteriana, en lugar de esto, se desvía dicha corriente alrededor del planeta. Esto crea una cavidad dentro del viento solar, la magnetosfera, compuesta por plasma de diferente composición a la del propio viento solar. La magnetosfera jupiteriana es tan grande que el Sol y su corona cabrían fácilmente en su interior, e incluso dejarían espacio de sobra.Russel, 1993, pp. 715–717 Si una persona en la Tierra pudiese ver la magnetosfera jupiteriana en el cielo, esta tendría cinco veces el tamaño de la Luna llena, a pesar de localizarse cerca de 1700veces más lejano que el propio satélite terrestre.
La frontera que separa el plasma del viento solar y que se ubica dentro de la magnetosfera jupiteriana (como en la terrestre) se denomina magnetopausa. La distancia entre la magnetopausa hasta el centro de Júpiter varía entre los cuarenta y cinco a cien Rj (suponiendo que 1 Rj, el radio de Júpiter, equivale a 71 492 km) en el punto subsolar —el punto (no fijo) de la superficie en la que el Sol parece estar exactamente encima. La posición de la magnetopausa depende de la presión ejercida por el viento solar, que de igual forma, depende de la actividad solar.Russell, 2001, pp. 1015–1016 Al frente de la magnetopausa (a una distancia de entre 80 a 130 Rj del centro jupiteriano) se localiza el arco de choque, una región de característica ondular causada por la colisión de partículas del viento solar con la magnetosfera jupiteriana.Krupp, 2004, pp. 15–16Russel, 1993, pp. 725–727 La región entre el arco del choque y la magnetopausa es conocida como «magnetosheath».
Del lado opuesto del planeta, el viento solar se extiende por las líneas del campo magnético de Júpiter, en la cola magnética, que por veces se extiende más allá de la órbita de Saturno. La estructura del cola magnética jupiteriano es similar al de la Tierra, consistiendo de dos polos, con el campo magnético en el polo sur apuntando en dirección a Júpiter, mientras que el campo magnético en el polo norte, en dirección opuesta al planeta. Los polos son separados por una capa fina de plasma, llamada «corriente de cola magnética».Khurana, 2004, pp. 17–18 Tal y como en la Tierra, el cola magnética de Júpiter es un canal en el cual el plasma solar entra en las regiones interiores de la magnetosfera, donde se calienta, y forma los cinturones radiactivos, a distancia no mayores de 10 Rj en Júpiter.Khurana, 2004, pp. 6–7
La forma de la magnetosfera jupiteriana descrita arriba es mantenida por una corriente neutra (también llamada corriente de cola magnética), que circula con la rotación jupiteriana a través del rabo de plasma; corrientes de plasma, que circulan contra la rotación jupiteriana en la parte exterior del cola magnética; y las corrientes de la magnetopausa (o corrientes de Chapman-Ferraro), que circulan contra la rotación en la parte diurna de la magnetosfera. Estas corrientes crean el campo magnético que cancela el campo magnético interior fuera de la magnetosfera, e interactúa mucho con el viento solar.Kivelson, 2005, pp. 303–313
La magnetosfera de Júpiter es tradicionalmente dividida en tres partes: interior, mediana y exterior. La parte interior de la magnetosfera se localiza a distancias menores de 10 Rj respecto al planeta. El campo magnético en esta región permanece aproximadamente dipolar, a causa de que las contribuciones de las corrientes en circulación del plasma magnetosférico ecuatorial son pequeñas. En la región media de la magnetosfera, entre diez y cuarenta Rj, y en la región exterior de esta, más allá de los 40 Rj el campo magnético no es un dipolo, y se ve seriamente afectado por su interacción con las corrientes de plasma.
El papel de Ío thumb|300 px|La interacción de Ío con la magnetosfera de Júpiter. El toroide de plasma es amarillo. Aunque, generalmente, la forma de la magnetosfera de Júpiter se asemeja a la de la Tierra, cerca del planeta su estructura es muy diferente. La volcanicamente activa luna de Júpiter, Ío, es una gran fuente de plasma en sí misma, y carga la magnetosfera de Júpiter con hasta 1000kg de material por segundo. Las fuertes erupciones volcánicas en Ío emiten altas cantidades de dióxido sulfúrico, gran parte de las cuales, se disocian en átomos e ionizan por la radiación solar (UV), produciendo iones de azufre y oxígeno: S+, O+, S2+ y O2+. Estos iones escapan de la atmósfera del satélite y forman su toroide de plasma: un anillo grueso y relativamente frío del plasma que rodea Júpiter, situado cerca de la órbita de Ío. La temperatura del plasma en el toroide es de entre 10 - 100eV , que es mucho menor que la de las partículas de los anillos de radiación: 10keV. El plasma en el toroide es forzado a la corrotación con Júpiter, por lo que ambos comparten el mismo periodo rotatorio. El toroide de Ío altera radicalmente la dinámica de Júpiter.Krupp, 2004, pp. 1–3