Sonda Juno należąca do NASA zarejestrowała przy Jowiszu elektrony rozpędzone niemal do prędkości światła. Pomiar daje pierwszy bezpośredni dowód na to, jak i gdzie powstają wysokoenergetyczne cząstki, w tym promienie kosmiczne, które nieustannie bombardują również Ziemię. Wyniki opublikowano 3 czerwca 2026 w czasopiśmie Nature.
Promienie kosmiczne to drobne cząstki materii pędzące przez przestrzeń z gigantyczną energią. Astronomowie szukają ich źródła od ponad stu lat. Część pochodzi z wybuchów supernowych, część z erupcji na Słońcu. Te słoneczne, docierając do Ziemi, potrafią zakłócać pracę satelitów, łączności i sieci energetycznych. Problem w tym, że dotąd nikt nie przyłapał takiej cząstki w samym momencie rozpędzania jej do tak wysokich energii w pobliżu planety.
Co właściwie złapała Juno
Do kluczowego pomiaru doszło 1 października 2023, gdy sonda zbliżała się do Jowisza i przecięła obszar tuż przed jego falą uderzeniową. Ta fala, po angielsku bow shock, powstaje tam, gdzie potężne pole magnetyczne planety zderza się z wiatrem słonecznym, czyli strumieniem naładowanych cząstek wyrzucanych przez Słońce. Tuż przed nią rozciąga się tak zwany obszar przedudarzeniowy (foreshock): rejon pełen turbulencji magnetycznych, w którym warunki sprzyjają rozpędzaniu cząstek.
Przez okno trwające około 20 minut Juno przeleciała przez wielką, bąblowatą strukturę w tym obszarze. W jej wnętrzu trzy pokładowe instrumenty, w tym detektory cząstek JEDI i JADE, zmierzyły elektrony przyspieszone do energii co najmniej 1 megaelektronowolta. To prędkości relatywistyczne, bliskie granicy prędkości światła. Sama struktura okazała się ogromna: rozciągała się na kilka promieni Jowisza, a każdy taki promień to około 70 tysięcy kilometrów, prawie pięć razy więcej niż średnica Ziemi.
Najmocniejszy błysk wysokoenergetycznych elektronów Juno zarejestrowała nie na samej fali uderzeniowej, lecz wcześniej, w środku tej przejściowej struktury w obszarze przedudarzeniowym. To istotny szczegół: pokazuje, że turbulentny przedsionek przed planetą bywa skuteczniejszym akceleratorem niż granica samego szoku.
Mechanizm znany z Ziemi, ale na większą skalę
Podobny proces udało się wcześniej zaobserwować bliżej domu. Misje NASA o nazwach MMS i THEMIS pokazały, jak część elektronów rozpędza się w obszarze przedudarzeniowym Ziemi, czyli tam, gdzie cząstki słoneczne po raz pierwszy napotykają ziemskie pole magnetyczne. Naukowcy podejrzewali, że ten sam mechanizm działa też przy innych planetach i w odległych układach astrofizycznych, lecz nie mieli na to bezpośredniego dowodu.
Obserwacje przy Jowiszu ten dowód dostarczyły. Elektrony osiągnęły tam wyższe prędkości niż przy Ziemi, a różnica skalowała się z rozmiarem fali uderzeniowej: większy szok Jowisza, większy efekt. Savvas Raptis, pierwszy autor pracy i badacz z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, w rozmowie z serwisem Gizmodo wyjaśnił, że zespół wziął mechanizm potwierdzony wcześniej przy Ziemi, znalazł jego wyraźny odpowiednik przy Jowiszu i pokazał, że ta sama fizyka się uogólnia. Dodał, że bezpośrednie uchwycenie takiego zjawiska jest trudne, bo sonda musi znaleźć się w dokładnie właściwym miejscu w dokładnie właściwym momencie.
Od Jowisza do supernowych: jedno prawo skalowania
Najciekawszy wniosek wykracza daleko poza Jowisza. Maksymalną energię, jaką potrafi nadać cząstce taka fala uderzeniowa, ogranicza zależność znana w fizyce jako kryterium Hillasa: im większy akcelerator, tym wyższa możliwa energia. Łącząc pomiar z Jowisza z danymi z innych planet, zespół Raptisa zaproponował uniwersalne prawo skalowania, które wiąże rozmiar takiej struktury z maksymalną energią rozpędzanych w niej cząstek.
Po przyłożeniu tej reguły do różnych środowisk obraz robi się spójny. Od planetarnych fal uderzeniowych, przez dżety wyrzucane przez młode gwiazdy (jak obiekt HH 211), aż po pozostałości po supernowych. Energie rosną przy tym od skali megaelektronowoltów, przez dziesiątki gigaelektronowoltów, po dziesiątki teraelektronowoltów w najpotężniejszych kosmicznych akceleratorach. Innymi słowy: ten sam fizyczny przepis, który da się zmierzyć w Układzie Słonecznym, prawdopodobnie rządzi rozpędzaniem promieni kosmicznych w najgwałtowniejszych obiektach wszechświata.
Czego pomiar jeszcze nie rozstrzyga
Autorzy nie ukrywają ograniczeń. Wynik opiera się na fali uderzeniowej jednej planety, uchwyconej podczas konkretnych przelotów sondy. Elektrony to przy tym tylko fragment historii promieni kosmicznych, w której dominują znacznie cięższe protony i jądra atomowe. Rozciągnięcie wniosku na pozostałości po supernowych zakłada, że ta sama fizyka obowiązuje przy ogromnym skoku rozmiaru i energii, a tego pomostu nie zaobserwowano dotąd wprost. Pomiar zawęża pytanie o źródła promieni kosmicznych, ale go nie zamyka.
Juno krąży wokół Jowisza od 2016 roku, a każda jej pętla wokół planety prowadzi instrumenty z powrotem przez obszar przedudarzeniowy. To właśnie tam zapadną kolejne pomiary tego zjawiska. Dla nauki o pogodzie kosmicznej, od której zależą satelity i sieci na Ziemi, każde takie przejście jest naturalnym laboratorium, jakiego nie da się zbudować w żadnym ziemskim eksperymencie.
Zdjęcie wyróżniające: Fot. NASA/JPL-Caltech. Zdjęcie w artykule: Ilustracja: Ben C. Smith / Johns Hopkins APL, na podstawie Raptis et al., „Nature” (2026)
