Magnetosfera de Júpiter 300px Modelo da magnetosfera jupiteriana Descoberta Descoberto por Pioneer 10 Descoberto em 1973 Campo interno Raio de Júpiter 71 492 km Momento magnético 1,56 x 1020 T·m3 Força do campo equadorial 428 μT (4.28 G) Inclinação dipolar 10° Longitude do pólo magnético 159° Período de rotação 9 h 55 m 29,7 ± 0,1 s Parâmetros da magnetosfera Distância do bow shock ~82 RJ Distância da magnetopausa 50-100 RJ Comprimento do rabo magnético ~ 5 UA Principais íons O+, S+, H+ Fonte de íons Io Carregamento de material 1 000 kg/s Densidade máxima do plasma 2 000 cm−3 Energia máxima das partículas 100 MeV Parâmetros do vento solarBlanc, 2005, p. 238 (Table III) Velocidade 400 km/s Força do CMI 1 nT Densidade 0,4 cm−3 Aurora Espectro Rádio, IR, UV e raios X Potência elétrica 100 TW Frequência de emissões de rádio 0,01 a 40 MHz A magnetosfera de Júpiter é a cavidade criada dentro do vento solar pelo campo magnético do planeta. Estendendo-se por sete milhões de quilômetros no sentido do Sol e quase até a órbita de Saturno, no sentido oposto, a magnetosfera jupiteriana é a maior e mais forte magnetosfera planetária do Sistema Solar, e por volume a segunda maior estrutura contínua dentro do Sistema Solar, atrás somente da heliosfera. Mais larga e achatada do que a magnetosfera terrestre, a magnetosfera jupiteriana é mais forte do que a terrestre por uma ordem de magnitude, enquanto que seu momento magnético é 18 mil vezes maior. Cientistas predisseram a existência do campo magnético jupiteriano no final da década de 1950, através das emissões de rádio vindas do planeta e ele foi diretamente observado, pela primeira vez, pela sonda Pioneer 10, em 1973.
O campo magnético jupiteriano é gerado por correntes elétricas no núcleo externo do planeta, que é composto de hidrogênio metálico líquido. Erupções vulcânicas em seu satélite Io ejetam grandes quantidades de dióxido de enxofre para o espaço, formando um grande toro em torno do planeta. As forças do campo magnético jupiteriano forçam o toro a girar com a mesma velocidade angular e direção que a rotação do planeta. O toro, por sua vez, carrega o campo magnético com plasma, no processo estendendo-o em uma estrutura em forma de panqueca chamada disco magnético. Com efeito, a magnetosfera jupiteriana é alimentada por plasma proveniente de Io e por sua própria rotação, em vez de pelo vento solar, como ocorre na magnetosfera terrestre. Fortes correntes na magnetosfera geram auroras permanentes nas regiões polares de Júpiter e emissões intensas de rádio e, como consequência, Júpiter pode ser visto como um pulsar de rádio bastante fraco. As auroras jupiterianas foram observadas em quase todas as partes do espectro eletromagnético, incluindo infravermelho, luz visível, ultravioleta e raios X.
A ação da magnetosfera jupiteriana atrai e acelera partículas, produzindo cinturões de radiação em torno do planeta, semelhantes aos cinturões de Van Allen da Terra, mas milhares de vezes mais poderosos. A interação das partículas energéticas com a superfície dos maiores satélites de Júpiter afeta bastante as propriedades químicas e físicas dos mesmos. Estas mesmas partículas também afetam e são afetadas pelo movimento das partículas dentro do sistema de anéis jupiterianos. Os cinturões de radiação representam um risco significativo para as naves e viajantes humanos ao espaço.
Estrutura A magnetosfera de Júpiter é uma estrutura complexa que consiste de uma bow shock , magnetopausa, rabo magnético, disco magnético e outros componentes. O campo magnético de Júpiter é criado através de diversas fontes, incluindo a circulação de fluidos no interior do planeta (o campo interno), correntes elétricas no plasma em torno de Júpiter e correntes na fronteira da magnetosfera do planeta. A magnetosfera está localizada dentro do plasma do vento solar, que possui, por sua vez, o campo magnético interplanetário.Khurana, 2004, pp. 12–13
Campo magnético interno thumb|left|Representação artística da magnetosfera jupiteriana, na qual plasmasphere refere-se ao toro e ao rabo da folha de plasma. A maior parte do campo magnético de Júpiter é gerada, como no caso do campo magnético terrestre, por um dínamo interno, suportado pela circulação de fluido condutor em seu núcleo externo. Porém, enquanto o núcleo terrestre é feito de ferro e níquel derretidos, o núcleo jupiteriano é composto de hidrogênio metálico. Como na Terra, o campo magnético jupiteriano é primariamente dipolar, com polos magnéticos norte e sul nas extremidades de um único eixo magnético. Porém, em Júpiter, o polo norte do dipolo está localizado no hemisfério norte do planeta, e o polo sul, no hemisfério sul, em contraste com a Terra, cujo polo norte do dipolo localiza-se no hemisfério sul, e vice-versa. O campo magnético jupiteriano também possui quadrupolos, octupolos e componentes mais complexos, embora estes tenham menos de um décimo da força do campo dipolar magnético.Khurana, 2004, pp. 3–5
O dipolo de Júpiter está inclinado em aproximadamente 10° do eixo de rotação do planeta, inclinação esta similar à da Terra (de 11,3°). A força do campo equatorial é de cerca de 428 μT (4,28 G), que corresponde a um momento magnético de 1,56 x 1020 T·m3. Isto faz o campo magnético de Júpiter dez vezes mais forte que o da Terra, e seu momento magnético cerca de 18 mil vezes maior.Russel, 1993, p. 694 O campo magnético de Júpiter possui a mesma velocidade de rotação que a região embaixo de sua atmosfera, com um período de 9 h 55 min. Nenhuma mudança em sua força ou sua estrutura foi observada desde que as primeiras medidas foram tomadas pelas sondas Pioneer 10 e Pioneer 11, na década de 1970.
Tamanho e formato O campo magnético interno de Júpiter impede que o vento solar, uma corrente de partículas ionizadas emitida pelo Sol, interaja diretamente com a atmosfera jupiteriana, e, em vez disso, desvia esta corrente em torno do planeta. Isto cria uma cavidade dentro do fluxo de vento solar, a magnetosfera, composta por plasma de composição diferente daquela do vento solar.Khurana, 2004, pp. 1–3 A magnetosfera jupiteriana é tão grande que o Sol e sua coroa visível caberiam facilmente no seu interior, com espaço de sobra.Russel, 1993, pp. 715–717 Se uma pessoa na Terra pudesse ver a magnetosfera jupiteriana no céu, esta teria cinco vezes o tamanho da Lua cheia, apesar de estar localizada cerca de 1 700 vezes mais longe que a Lua.
Como na magnetosfera terrestre, a fronteira separando o plasma do vento solar, mais denso e frio, daquele dentro da magnetosfera jupiteriana é chamada de magnetopausa. A distância entre a magnetopausa até o centro de Júpiter varia entre 45 a 100 Rj (no qual 1 Rj, o raio de Júpiter, equivale a 71 492 km) no ponto subsolar — o ponto (não fixo) na superfície em que o Sol apareceria exatamente acima de um observador. A posição da magnetopausa depende da pressão exercida pelo vento solar, que, por sua vez, depende da atividade solar.Russell, 2001, pp. 1015–1016 À frente da magnetopausa (a uma distância entre 80 a 130 Rj do centro jupiteriano) localiza-se a bow shock, um distúrbio de característica ondular causado pela colisão de partículas do vento solar com a magnetosfera jupiteriana.Krupp, 2004, pp. 15–16Russel, 1993, pp. 725–727 A região entre a ‘’bow shock’’ e a magnetopausa é chamada de magnetosheath.
+ Comparação entre os principais parâmetros das magnetosferas de Júpiter e da Terra.Blanc, 2005, p. 238ParâmetroJúpiterTerraRaio (Rp, em km)71 398 6 371Período de rotação (h)9,9 24Intensidade do campo magnético no equador (μT)42831Momento do dipolo (em unidades terrestres)18 000 1Inclinação do dipolo magnético (em °)10 11,3Distância da magnetopausa (Rp)50–1008–10Potência (em terawatt - TW -)100 1Densidade do vento solar (em cm−3)0,410Intensidade do campo magnético solar (nT)1 6Íons principais H+, On+, Sn+ H+, O+
Do lado oposto do planeta, o vento solar estica as linhas do campo magnético de Júpiter, no chamado rabo magnético, que por vezes estende-se bem além da órbita de Saturno. A estrutura do rabo magnético jupiteriano é similar à da Terra, consistindo de dois lobos (áreas azuis na imagem), com o campo magnético no lobo sul apontando em direção a Júpiter, e o campo magnético no lobo norte, em direção oposta ao planeta. Os lobos são separados por uma folha fina de plasma, chamada de corrente da folha do rabo (tail current sheet, na imagem, em laranja).Khurana, 2004, pp. 17–18 Como na Terra, o rabo magnético de Júpiter é um canal no qual o plasma solar entra nas regiões interiores da magnetosfera, onde é aquecido, formando os cinturões radioativos, a distâncias menores de 10 Rj de Júpiter.Khurana, 2004, pp. 6–7
O formato da magnetosfera jupiteriana descrito acima é mantido pela corrente neutra (também chamada de corrente do rabo magnético), que circula com a rotação jupiteriana através da folha de plasma, as correntes do plasma, que circulam contra a rotação jupiteriana na parte exterior do rabo magnético, e as correntes da magnetopausa (ou correntes de Chapman-Ferraro), que circulam contra a rotação na parte diurna da magnetosfera. Estas correntes criam o campo magnético que cancela o campo magnético interior fora da magnetosfera, e interagem substancialmente com o vento solar.Kivelson, 2005, pp. 303–313
A magnetosfera de Júpiter é tradicionalmente dividida em três partes: interior, mediana e exterior. A parte interior da magnetosfera localiza-se a distâncias menores que 10 Rj do planeta. O campo magnético nesta região permanece aproximadamente dipolar, porque a contribuição das correntes em circulação na folha de plasma magnetosférica equatorial é pequena. Na região mediana da magnetosfera, entre 10 e 40 Rj, e na região exterior da magnetosfera, além de 40 Rj, o campo magnético não é um dipolo e é seriamente afetado por sua interação com a folha de plasma.
O papel de Io thumb|left|Interação de Io com a magnetosfera de Júpiter. Em amarelo, o toro de plasma de Io.
Embora em geral o formato da magnetosfera de Júpiter seja parecido com o da Terra, nas proximidades do planeta a estrutura da magnetosfera jupiteriana é bastante diferente da terrestre.. O satélite Io, que é vulcanicamente ativo, é uma fonte considerável de plasma e alimenta a magnetosfera jupiteriana com até 1 000 kg de novo material cada segundo.Khurana, 2004, pp. 5–7 Fortes erupções vulcânicas em Io emitem grandes quantidades de dióxido de enxofre, a maior parte do qual é dissociada em átomos e ionizada pela radiação ultravioleta solar, produzindo íons de enxofre e oxigênio: S+, O+, S2+ e O2+Krupp, 2004, pp. 3–4 Estes íons escapam da atmosfera de Io e formam o "toro de plasma de Io": uma região anelar composta por plasma relativamente frio, circulando Júpiter, localizado próximo à orbita de Io. A temperatura do plasma dentro do toro é de 10–100 eV (– K), o que é muito mais baixo que a temperatura das partículas nos cinturões radioativos — 10 keV (100 milhões K). O plasma no toro é forçado em corrotação com Júpiter, o que significa que ambos possuem o mesmo período de rotação. O toro de Io altera fundamentalmente a dinâmica da magnetosfera jupiteriana.Krupp, 2004, pp. 1–3