¿Cuál es la naturaleza de un "tubo de flujo" entre Saturno y Encelado, y qué significa "L-shell=4"?

Un " tubo de flujo " es un conducto confinado magnéticamente que permite que las partículas cargadas fluyan entre un lugar de la magnetosfera de un planeta y otro.

Una " cáscara L " es un subconjunto de las líneas del campo magnético de un planeta que cruzan el ecuador del planeta (para la mayoría de los planetas, de todos modos) en el número especificado de radios planetarios desde el centro del planeta.

En un campo magnético uniforme, una partícula cargada que viaja a lo largo de las líneas de campo no experimenta ninguna fuerza neta del campo. Uno que viaja perpendicular a las líneas de campo experimenta la fuerza de Lorentz , F = q ( V X B ), donde q es la carga de la partícula, V es el vector de velocidad y B es el vector de campo. Dado que esa fuerza siempre es perpendicular al vector de velocidad de la partícula, ¡esto deja a la partícula dando vueltas en círculos! Si la Vestá torcido con respecto al vector de campo, es decir, tiene una componente paralela al vector de campo magnético y una componente perpendicular al vector de campo, su velocidad a lo largo de las líneas de campo permanece sin cambios, mientras que la componente perpendicular a las líneas hace su función circular: la espirales de partículas a lo largo de las líneas de campo!

Resultado neto: las partículas cargadas viajan fácilmente a lo largo de las líneas del campo magnético, pero es casi imposible viajar distancias significativas perpendiculares al campo. El tubo de flujo es como un conductor rodeado de material aislante.

Si hay una diferencia de potencial entre el planeta y la luna que viaja en el campo magnético, las partículas cargadas pueden fluir fácilmente a lo largo del tubo de flujo de la luna al planeta, o viceversa. Ese tubo de flujo seguirá la geometría toroidal habitual de un campo de dínamo, por lo que para la mayoría de las lunas el tubo se conecta al planeta en algún lugar cerca de los polos.

Un L-shell es una superficie toroidal dentro de un campo de dínamo. Si imagina todas las líneas de campo que pasan por el plano ecuatorial en un radio específico, digamos a 4 radios planetarios desde el centro, y las sigue hasta los polos, obtendrá una superficie toroidal. Se dice que cualquier cosa dentro de esa superficie está "en L = 4" o "en una capa L de 4". L = 2 cortaría el ecuador en 2 radios planetarios, y así sucesivamente. Entonces, se diría que un tubo de flujo dentro de la capa L = 4 L está "en L = 4".

La imagen a continuación , descrita con más detalle aquí , de Cassini muestra (en longitudes de onda ultravioleta) dos cosas: 1) la aurora "normal" en capas L muy altas (por lo tanto, más cerca del polo), que surge de las corrientes de partículas cargadas generadas en muchos radios de Saturno , donde interactúan el viento solar y el campo magnético de Saturno; y 2) el lugar mucho más pequeño donde el tubo de flujo de Encelado, que transporta las corrientes de partículas cargadas, se cruza con la atmósfera de Saturno y crea su propia pequeña aurora (en los recuadros blancos).

Como doctorado estudiante Yo estaba en un grupo de investigación con personas que trabajaban con estos todo el tiempo. Los tubos de flujo no solo podrían guiar partículas cargadas, sino que también pueden guiar ondas de radio, por lo que estas personas inyectarían poderosas señales de radio en regiones específicas y verían cómo respondía la magnetosfera.

Enceladus 'Huella' en Saturno

La nave espacial Cassini de la NASA ha detectado una mancha brillante de luz ultravioleta cerca del polo norte de Saturno que marca la presencia de un circuito eléctrico que conecta a Saturno con su luna Encelado. Este parche recién descubierto se encuentra en la "huella" de la conexión magnética entre Saturno y Encelado e indica electrones e iones que se aceleran a lo largo de las líneas del campo magnético. Los cuadros blancos indican la ubicación de esta huella, que los científicos han predicho durante mucho tiempo pero nunca antes visto.

El parche brilla debido al mismo fenómeno que hace que las conocidas auroras polares norte y sur de Saturno brillen: electrones energéticos que se sumergen en la atmósfera del planeta. Sin embargo, la huella no está conectada con los anillos de auroras alrededor de los polos de Saturno.

Las dos imágenes que se muestran aquí fueron obtenidas por el espectrógrafo de imágenes ultravioleta de Cassini el 26 de agosto de 2008, separadas por 80 minutos. La huella se movió según los cambios en la posición de Enceladus. En la imagen, los colores representan cuán brillantes son las emisiones ultravioleta extremas. Las áreas de emisión más bajas (uno o dos conteos ultravioleta extremos por píxel) están en negro/azul. Las áreas de emisión más brillantes (500 a 1000 recuentos ultravioleta extremos por píxel) están en amarillo/blanco.

La huella apareció a unos 65 grados de latitud norte. Medía unos 1.200 kilómetros (750 millas) en la dirección de la longitud y menos de 400 kilómetros (250 millas) en la latitud, cubriendo un área comparable a la de California o Suecia.

En la imagen más brillante, la huella brilló con una intensidad de luz ultravioleta de aproximadamente 1,6 kilorayleigh, mucho menos que los anillos aurorales polares de Saturno. Esto es comparable a la aurora más tenue visible en la Tierra sin un telescopio en el espectro de luz visible.

El sol iluminaba el polo norte de Saturno desde la izquierda y la huella está en el lado diurno del planeta. El lado nocturno del planeta estaba a la derecha de la línea discontinua.