Từ quyển Sao Mộc

context: Phần lớn từ trường của Sao Mộc, như của Trái Đất, được tạo ra bởi một dynamo trong lõi của hành tinh, được duy trì bằng dòng tuần hoàn của chất lỏng dẫn điện ở phần lõi ngoài. Nhưng trong khi lõi của Trái Đất chứa sắt và niken nóng chảy, lõi Sao Mộc lại gồm hydro kim loại. Như với Trái Đất, từ trường của Sao Mộc có thành phần chủ yếu là một lưỡng cực từ, với cực từ bắc và nam nằm ở hai đầu của một trục từ duy nhất. Tuy nhiên, trên Sao Mộc, cực từ bắc nằm ở bán cầu bắc, và cực từ nam nằm trong bán cầu phía nam, ngược lại so với Trái Đất. Từ trường Sao Mộc cũng có tứ cực từ, bát cực từ và các thành phần nhiều cực hơn, mặc dù chúng yếu hơn một phần mười lần thành phần lưỡng cực.Lưỡng cực từ của Sao Mộc nghiêng khoảng 10° so với trục tự quay của Sao Mộc; độ nghiêng này tương tự như trái Đất (11,3°). Cường độ từ trường ở xích đạo là 776,6 µT (7,766 G), ứng với mômen lưỡng cực từ khoảng 2,83 × 1020 T·m3. Như vậy từ trường Sao Mộc mạnh gấp 20 lần so với Trái Đất, với mômen từ mạnh gấp ~20,000 lần. Từ trường Sao Mộc quay ở tốc độ góc giống như vùng bên dưới bầu khí quyển của nó, với chu kỳ khoảng 9 h 55 m. Cường độ từ trường và cấu trúc của từ trường thay đổi không đáng kể, kể từ khi những đo đạc đầu tiên được thực hiện bởi chương trình Pioneer vào giữa năm 1970.
qas: question: lưỡng cực nghiêng từ trục sao Mộc bao nhiêu độ?
answers: text: 10°

context: Vấn đề chính gặp phải khi giải thích động lực học của từ quyển Sao Mộc là sự vận chuyển plasma lạnh và đậm đặc từ vòng xuyến plasma Io, ở khoảng cách 6 RJ, ra phần ngoài từ quyển, ở khoảng cách 50 RJ. Cơ chế chính xác cho quá trình này vẫn chưa được hiểu đầy đủ, và đang được giả định là do sự khuếch tán plasma nhờ vào hoán đổi do các quá trình bất ổn định. Quá trình này tương tự như bất ổn định Rayleigh-Taylor trong động lực học chất lưu. Với từ quyển Sao Mộc, lực ly tâm đóng vai trò như trọng trường; và chất lưu có trọng lượng riêng nặng hơn chính là plasma lạnh và đậm đặc từ Io, trong khi chất lưu nhẹ hơn là plasma nóng và loãng đến từ phần ngoài từ quyển. Sự bất ổn định dẫn đến sự hoán đổi các khối plasma giữa phần trong và phần ngoài của từ quyển. Các khối rỗng và bình thường "nổi" ở phần ngoài từ quyển di chuyển về phía Sao Mộc do sự bất ổn định, đẩy các khối nặng chứa plasma của Io về phía đi ra xa khỏi Sao Mộc. Sự hoán đổi các khối plasma này là một dạng nhiễu loạn của từ quyển.Bức tranh giả định về sự hoán đổi của các khối plasma phần nào được xác nhận bởi các quan sát từ tàu vũ trụ Galileo. Tàu này đã phát hiện các vùng có mật độ plasma giảm đột ngột kèm theo từ trường tăng đột ngột ở phần trong từ quyển. Các vùng rỗng này có thể ứng với các khối rỗng đến từ phần ngoài từ quyển. Ở phần giữa từ quyển, Galileo đã phát hiện những dòng hạt năng lượng cao và từ trường tăng cường do plasma nóng đến từ phần ngoài từ quyển tác động lên đĩa từ. Tuy nhiên cơ chế để vận chuyển plasma lạnh ra phía ngoài vẫn chưa được kiểm chứng bởi các quan sát.
qas: question: Hành tinh nào thứ năm?
answers: text: Sao Mộc

context: Khi các khối chứa plasma lạnh của Io ra đến phần ngoài từ quyển, chúng trải qua quá trình tái kết nối, theo đó từ trường được tách khỏi plasma. Các đường sức từ quay trở lại phần trong từ quyển, cùng với các khối plasma nóng và loãng, trong khi các khối plasma lạnh và đặc có thể bị đẩy ra ngoài dọc theo đuôi từ. Các quá trình tái kết nối có thể tương ứng với các sự kiện tái cấu trúc toàn cục đã được quan sát bởi tàu thăm dò Galileo, xảy ra đều đặn khoảng 1 lần mỗi 2 đến 3 ngày. Các sự kiện tái cấu trúc thường bao gồm các biến đổi nhanh và hỗn loạn của cường độ và hướng của từ trường, cũng như những sự thay đổi đột ngột trong chuyển động của plasma, theo xu hướng không còn cùng quay với Sao Mộc và đi ra xa khỏi Sao Mộc. Chúng thường được quan sát ở nửa từ quyển đối diện với phía Mặt Trời và gần tiếp giáp với nửa từ quyển còn lại ở phía đông theo chiều quay của Sao Mộc - còn gọi là vùng bình minh của từ quyển. Dòng plasma chảy về phía đuôi trong theo các đường sức từ mở được gọi là gió hành tinh.Các sự kiện tái kết nối tương tự như những cơn bão từ thứ cấp (substorm) trong từ quyển Trái Đất. Sự khác biệt đến từ nguồn năng lượng. Bão từ thứ cấp trên Trái Đất liên quan đến việc lưu trữ năng lượng của gió mặt trời trong đuôi từ và những đợt giải phóng năng lượng dự trữ này qua các sự kiện tái kết nối trong phiến dòng trung hòa của đuôi từ, sinh ra các khối plasma di chuyển xuôi theo đuôi. Trái lại, trong từ quyển Sao Mộc, năng lượng quay được dự trữ trong đĩa từ và được giải phóng khi các khối plasma tách khỏi nó.
qas: question: Các khối chứa trải qua gì khi được nạp?
answers: text: chúng trải qua quá trình tái kết nối

context: Sao Mộc là nguồn phát sóng vô tuyến mạnh, trong dải phổ từ vài kilohertz đến hàng chục megahertz. Sóng vô tuyến với tần số nhỏ hơn 0,3 MHz (ứng với bước sóng dài hơn 1 km) được gọi là bức xạ vô tuyến kilomét hay KOM. Sóng với tần số trong khoảng 0,3 đến 3 MHz (ứng với bước sóng khoảng 100 đến 1000 m) được gọi là bức xạ hectomét hay HOM, còn bức xạ trong dải 3 đến 40 MHz (với bước sóng cỡ 10 đến 100 m) được gọi là bức xạ decamét hay DAM. Bức xạ DAM là bức xạ vô tuyến của Sao Mộc lần đầu được quan sát từ Trái Đất, và bức xạ này biến thiên theo chu kỳ xấp xỉ 10 giờ, giúp nhận diện nó đến từ Sao Mộc. Phần bức xạ DAM mạnh nhất, liên quan đến Io và tương tác của các dòng plasma giữa Io và Sao Mộc, được gọi là DAM do Io.
qas: question: Tên khác của bức xạ vô tuyến kilomet Jovian là gì?
answers: text: KOM

context: Ở gần Sao Mộc, các vành đai và các vệ tinh nhỏ hấp thu các hạt năng lượng cao (năng lượng trên 10 keV) từ vành đai bức xạ. Sự hấp thụ này tạo ra những khoảng trống trong vành đai và ảnh hưởng đến bức xạ xincrôtron đềximét (DIM). Thực tế là sự tồn tại của các vành đai Sao Mộc lần đầu được tiên đoán dựa vào những dữ liệu từ tàu Pioneer 11 cho thấy sự sụt giảm mạnh số lượng các ion năng lượng cao ở gần Sao Mộc. Từ trường của hành tinh này ảnh hưởng mạnh mẽ đến chuyển động của các hạt nhỏ hơn cỡ micromét trong vành đai Sao Mộc, do các hạt này bị tích điện dưới tác động của bức xạ tử ngoại của Mặt Trời. Chúng chuyển động tương tự như những ion cùng quay với Sao Mộc. Sự cộng hưởng trong tương tác, giữa các hạt nhỏ chuyển động cùng quay với Sao Mộc và các hạt lớn hơn chuyển động theo quỹ đạo thông thường được chi phối bởi lực hấp dẫn, được cho là đã sinh ra vành đai hào quang nằm trong cùng của Sao Mộc (nằm ở khoảng giữa 1,4 và 1,71 RJ), chứa các hạt nhỏ hơn cỡ micromét chuyển động trên những quỹ đạo có độ nghiêng và độ lêch tâm lớn. Với các hạt xuất xứ từ những vành đai chính và di chuyển vào gần Sao Mộc, quỹ đạo của chúng bị thay đổi do cộng hưởng Lorentz theo tỷ lệ 3:2 ở khoảng cách 1,71 RJ, và bị tăng dần độ nghiêng và độ lệch tâm. Một cộng hưởng Lorentz khác xảy ra ở khoảng cách 1,4 RJ với tỷ lệ 2:1 cố định biên giới trong cùng của vành đai hào quang.Tất cả các vệ tinh Galileo đều có bầu khí quyển mỏng với áp suất bề mặt trong khoảng 0,01 đến 1 nbar, bao gồm tầng điện ly với mật độ hạt điện tử ở khoảng 1000 đến 10000 cm−3. Dòng plasma từ quyển lạnh quay cùng với Sao Mộc phần nào bị đi lệch hướng khi chảy qua các vệ tinh, do các dòng điện trong tầng điện ly của các vệ tinh, tạo ra các cấu trúc hình nêm được gọi là các cánh Alfvén. Sự tương tác giữa các vệ tinh lớn với dòng plasma quay cùng Sao Mộc tương tự như sự tương tác giữa gió mặt trời với các hành tinh phi từ tính như Sao Kim, mặc dù tốc độ quay của plasma thường thấp hơn tốc độ âm thanh (tốc độ của plasma trong khoảng từ 74 đến 328 km/s), ngăn cản sự hình thành cung sốc. Áp lực từ ​dòng plasma cùng quay với Sao Mộc liên tục đẩy khí ra khỏi khí quyển của các vệ tinh (đặc biệt là với Io), và một số nguyên tử của dòng khí bị đẩy ra tiếp tục bị ion hóa và gia nhập vào dòng plasma cùng quay với Sao Mộc. Quá trình này tạo ra các vòng xuyến khí và plasma trong vùng lân cận của các quỹ đạo vệ tinh, trong đó vòng xuyến của Io là nổi bật nhất. Như vậy, các vệ tinh Galileo (chủ yếu là Io) trở thành nguồn cung plasma chính cho phần trong và phần giữa của từ quyển Sao Mộc. Khác với plasma nguội lạnh quay cùng Sao Mộc, các hạt năng lượng cao khi bay đến các vệ tinh Galileo hầu như không bị chệch hướng, theo kiểu như các cánh Alfvén, và có thể tiếp cận bề mặt của các vệ tinh này (ngoại trừ trường hợp của Ganymede).
qas: question: Các hạt bắt nguồn từ đâu trong các phần của vành đai?
answers: text: vành đai chính

context: Các vệ tinh Galileo chứa băng đá, Europa, Ganymede và Callisto, đều sinh ra mômen từ cảm ứng để đáp lại sự thay đổi từ trường của Sao Mộc ở khu vực lân cận các vệ tinh này. Các mômen từ biến thiên này tạo ra các lưỡng cực từ xung quanh chúng, chống lại những thay đổi từ trường ở gần các vệ tinh. Các dòng điện cảm ứng, sinh ra từ trường cảm ứng, được cho là chạy trong các lớp ngầm của nước mặn, có khả năng tồn tại trong tất cả các vệ tinh băng đá của Sao Mộc. Những đại dương ngầm này có thể chứa đựng sự sống, và bằng chứng cho sự tồn tại của chúng là một trong những khám phá quan trọng nhất được thực hiện vào những năm 1990 bởi tàu vũ trụ Galileo.Tương tác của từ quyển Sao Mộc với Ganymede, vệ tinh có mômen từ nội tại, khác với sự tương tác của nó với các vệ tinh phi từ tính. Từ trường nội tại của Ganymede tạo ra một khoang rỗng bên trong từ quyển Sao Mộc, với đường kính bằng khoảng hai lần đường kính Ganymede, tạo ra một từ quyển nhỏ trong từ quyển Sao Mộc. Từ trường của Ganymede làm lệch hướng dòng plasma cùng quay với Sao Mộc khi chảy qua nó. Nó cũng bảo vệ các vùng xích đạo của Ganymede, nơi các đường sức từ được khép kín, khỏi các hạt năng lượng cao. Các hạt năng lượng cao vẫn có thể bắn phá các vùng cực của Ganymede, nơi các đường sức từ mở. Một số hạt năng lượng cao bị bẫy ở gần khu vực xích đạo của Ganymede, tạo ra những vành đai bức xạ nhỏ. Các hạt điện tử năng lượng cao đi vào bầu khí quyển mỏng ở vùng cực Ganymede cũng gây ra các cực quang đã được quan sát tại Ganymede.Các hạt tích điện có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất bề mặt của các vệ tinh Galileo. Plasma có nguồn gốc từ Io mang ion lưu huỳnh và natri đi về hướng ra xa khỏi Sao Mộc,  và rơi lên Europa và Ganymede, chủ yếu ở phần bán cầu quay về hướng ngược lại chiều quay quanh Sao Mộc. Tuy nhiên trên Callisto, vì các nguyên nhân chưa được làm rõ, lưu huỳnh tập trung vào bán cầu quay về hướng trùng với chiều quay quanh Sao Mộc. Plasma cũng có thể làm các bán cầu vệ tinh quay về hướng ngược lại chiều quay quanh Sao Mộc bị tối đi (một lần nữa, trừ trường hợp của Callisto). Các dòng hạt điện tử và ion năng lượng cao, trong đó các dòng ion đẳng hướng hơn, bắn phá bề mặt băng đá của các vệ tinh, làm phún xạ các nguyên tử và phân tử ra khỏi các bề mặt này, và gây ra hiện tượng xạ phân của nước và các hợp chất hoá học khác. Các hạt năng lượng cao tách nước thành oxy và hydro, giúp duy trì bầu khí quyển oxy mỏng của các vệ tinh băng (vì hydro thoát ra khỏi các vệ tinh này nhanh hơn). Các hợp chất được tạo ra qua quá trình xạ phân trên bề mặt các vệ tinh Galileo bao gồm ozon và hydro peroxid. Nếu các chất hữu cơ hoặc cacbonat có mặt, cacbon dioxit, methanol và axit cacbonic cũng có thể được tạo ra. Khi có mặt lưu huỳnh, các sản phẩm có thể bao gồm lưu huỳnh dioxit, hydro disulfua và axit sulfuric. Các chất oxy hóa được tạo ra bởi xạ phân, như oxy và ozon, có thể bị mắc kẹt bên trong các lớp băng và được mang theo xuống các đại dương trong những khoảng thời gian địa chất, do đó đóng vai trò như một nguồn năng lượng tiềm năng cho sự sống dưới các đại dương này.
qas: question: Những gì được tạo ra dọc theo đường xích đạo?
answers: text: những vành đai bức xạ nhỏ