Jupiters magnetosfære er et område rundt planeten Jupiter, hvor planetens magnetfelt har en dominerende innvirkning på bevegelsen til innkommende plasma som dannes i solvinden. Planeten har også en dominerende innvirkning på plasma som dannes i dens egen atmosfære, men som er ionisert av solvinden.
Magnetfeltet strekker seg opptil syv millioner kilometer i solens retning og nesten til Saturns bane i motsatt retning. Jupiters magnetosfære er den største og kraftigste blant alle planetenes magnetosfærer i solsystemet, og etter volum den største kjente kontinuerlige strukturen i solsystemet etter heliosfæren. Magnetosfæren er bredere og flatere enn jordens magnetosfære og sterkere i størrelsesklasse, mens det magnetiske momentet er ganger større. Eksistensen av Jupiters magnetosfære ble utledet fra observasjoner av radiobølger i 1955, og ble direkte observert av romsonden Pioneer 10 i 1973.
Jupiters indre magnetfelt genereres av elektriske strømmer som går i planetens ytre kjerne bestående av metallisk hydrogen. Vulkanske utbrudd på Jupitermånen Io frigjør store mengder svoveldioksidgass ut i rommet og danner en stor torus rundt planeten. Jupiters magnetfelt tvinger torusen til å rotere med den samme vinkelhastighet og retning som planeten. Torusen fører plasma inn i magnetfeltet, slik at det strekkes til en pannekakelignende magnetodisk. Slik blir Jupiters magnetosfære formet av Ios plasma og sin egen rotasjon, og ikke av solvinden slik tilfellet er jordens magnetosfære. Sterke strømmer i magnetosfæren genererer permanente polarlys og intense variable radiobølger. Jupiter ligner derfor på en radiopulsar. Polarlys er observert både som infrarødt lys, synlig lys, ultrafiolett lys og røntgen.
Magnetosfæren fanger og akselererer partikler og produserer belter med partikkelstråling; de tilsvarer jordens Van Allen-belter, men er tusenvis ganger sterkere. Vekselvirkningen mellom høyenergetiske partikler og overflaten på de Galileiske måner, påvirker markert månenes kjemiske og fysiske egenskaper. De samme partiklene påvirker også og blir påvirket av bevegelsene til partikler i Jupiters ringer. Strålingsbeltene er farlige for romsonder og potensielt farlige for menneskelige romfarere.
Struktur
Jupiters magnetosfære består av et buesjokk, magnetosheath, magnetopause, magnetohale, magnetodisk og andre komponenter. Det magnetiske feltet stråler ut fra en rekke kilder, blant annet væskesirkulasjon i planetens kjerne (det indre feltet), elektriske strømmer i plasmaet rundt Jupiter og strømmer som flyter på grensen av planetens magnetosfære. Magnetosfæren er innkapslet i plasma fra solvinden, som står bak det interplanetariske magnetfeltet.
Indre magnetfelt Hoveddelen av Jupiters magnetfelt er, som jordens magnetfelt, generert av en indre dynamo som drives av sirkulasjon av elektrisk ledende væske i den ytre kjernen. Mens jordens kjerne består av flytende jern og nikkel, er Jupiters kjerne sammensatt av metallisk hydrogen Både jordens og Jupiters magnetfelt er mest en dipol, med nordlige og sørlige magnetiske poler i enden av en enkelt magnetisk akse. På Jupiter ligger den nordlige polen av dipolen på planetens nordlige halvkule mens den sørlige polen av dipolen ligger på den sørlige halvkulen. På jorden ligger derimot nordpolen på den sørlige halvkule og sørpolen ligger på den nordlige halvkulen. Jupiters magnetfelt har også kvadrupole og oktupole komponenter, samt også høyere komponenter, men disse er mindre enn en tiendedel så sterke som den dipole komponenten. thumb|Jupiters utstråling Dipolen heller rundt 10° fra Jupiters rotasjonsakse; helningen på jorden er 11,3°. Det ekvatoriale feltets styrke er rundt 417 μT (4,170 G), noe som samsvarer med et dipol magnetisk moment på rundt 2,83 T×m³. Dette gjør Jupiters magnetfelt 20 ganger sterkere enn jordens; det magnetiske momentet er ganger større. Magnetfeltet roterer med samme hastighet som regionen under atmosfæren, med en periodetid på 9 t 55 m. Fra de første målingene (av Pioneer 10) i desember 1973 frem til mai 2019, ble det registrert minimale endringer i styrken og strukturen til magnetfeltet. Den asimutale retningen av dipolen endret seg for eksempel mindre enn 0,01°.
Romsonden Juno observerte i 2019 en liten målbar endring i magnetfeltet siden det ble observert i 1973. Jupiter har en sterkt ikke-dipolar region. «Den store blå flekken» nær ekvator, som er analog med Jordens søratlantiske anomalitet, har store sekulære variasjoner.
Størrelse og form Jupiters indre magnetfelt hindrer solvinden (ioniserte partikler fra solen) fra å vekselvirke direkte med Jupiters atmosfære og avleder den bort fra planeten. Det er dette som skaper selve magnetosfære, altså et område i solvinden påvirket av magnetfeltet fra planeten, sammensatt av plasma ulik den fra solvinden. Den jovianske magnetosfæren er så stor at solen og dens synlige korona kunne vært plassert inne i den. Om den kunne ses fra jorden ville den ha fremstått fem ganger større enn fullmånen selv om den er nesten ganger lengre unna.
Magnetopausen er grensen som deler den tette og kjøligere plasmaen fra solvinden fra det varmere og mindre tette plasmaet fra Jupiters magnetosfære. Avstanden fra magnetopausen til sentrum av planeten er fra 45 til 100·Rj (hvor Rj = km er Jupiters radius) ved det subsolare punkt – det ufikserte punktet på overflaten hvor solen tilsynelatende står rett over hodet på en observatør. Posisjonen for magnetopausen avhenger av trykket fra solvinden, som igjen avhenger av solaktiviteten. Foran magnetopausen, i en avstand fra 80–130 ·Rj fra planetens sentrum, ligger buesjokket, en bølgelignende forstyrrelse i solvinden forårsaket av kollisjonen med magnetosfæren. Regionen mellom buesjokket og magnetopausen kalles magnetosheath.
thumb|En kunstners fremstilling av en magnetosfære, hvor plasmasfæren (7) refererer til plasmatorus og et sjikt. På motsatt side av planeten strekker solvinden Jupiters magnetiske feltlinjer i en lang etterfølgende magnetohale som noen ganger strekker seg langt forbi Saturns bane. Strukturen til denne halen ligner den til jorden. Den består av to områder (blå områder på bildet) med magnetfeltet i det sørlige området pekende mot Jupiter, og den i det nordlige området pekende bort fra planeten. Områdene deles av et tynt lag med plasma kalt strømningshalen (oransje områder på bildet). Som for jorden er denne jovianske halen en kanal hvor plasma fra solen slipper inn i de indre regionene av magnetosfæren, hvor den blir varmet opp og danner strålingsbelter i avstander nærmere enn 10 R·j fra Jupiter.
Formen på magnetosfæren opprettholdes av det nøytrale strømningssjiktet (magnetohalestrømmen), som går med Jupiters rotasjon gjennom plasmasjikthalen, halestrømmen som flyter mot Jupiters rotasjon ved den ytre grensen av magnetohalen og magnetopausestrømmen (eller Chapman-Ferraro-strømmer) som går mot rotasjonen langs dagsidens magnetopause. Disse strømmene skaper det magnetiske feltet som bryter det indre feltet utenfor magnetosfæren. De vekselvirker også betydelig med solvinden.
Jupiters magnetosfære deles tradisjonelt inn i tre deler: den indre, den midterste og den ytre magnetosfæren. Den indre magnetosfæren ligger ved avstander nærmere enn 10 ·Rj fra planeten. Magnetfeltet innenfor den forblir omtrentlig dipol på grunn av at strømmene som finnes i det magnetosfæriske ekvatoriale plasmasjiktet er små. I den midterste (mellom 10–40 ·Rj) og ytre (utenfor 40 ·Rj) magnetosfæren er ikke magnetfeltet en dipol, og forstyrres kraftig av vekselvirkningen med plasmasjiktet (se magnetodisk under).
Rollen til månen Io
Den generelle formen på Jupiters magnetosfære minner om jordens, men strukturen nærmere planeten er svært forskjellig. Den vulkansk aktive månen Io er en sterk kilde til plasma, og avgir så mye som kg nytt materiale hvert sekund til Jupiters magnetosfære. Sterke vulkanutbrudd på Io avgir store mengder svoveldioksid. En stor del av dette blir dissosiert til atomer og ionisert av solens ultrafiolette stråling, noe som produserer ioner av svovel ( og ) og oksygen ( og ). Disse ionene forsvinner fra månens atmosfære og danner Ios plasmatorus: en tykk og relativt kjølig ring av plasma som går i sirkel rundt Jupiter nær banens måne. thumb|Ios vekselvirkning med Jupiters atmosfære. Plasmatorusen til Io vises i gult. Temperaturen på plasmaet i torusen er 10–100 eV ( kelvin), noe som er mye lavere enn for partiklene i strålingsbelter, som har 10 keV (100 millioner kelvin). Plasmaet i torusen tvinges inn i en medrotasjon med Jupiter, noe som betyr at begge har samme rotasjonsperiode. Ios torus endrer fundamentalt dynamikken i den jovianske atmosfæren.
Som et resultat av blant annet diffusjon og ustabilitetsutveksling lekker plasma sakte bort fra Jupiter. Etter hvert som plasmaet beveger seg lengre bort fra planeten, øker dets radiale strømmer i hastighet og opprettholder medrotasjonen. Disse radiale strømmene er også kilden til magnetfeltets asimutale komponenter, og som et resultat bender det seg tilbake mot rotasjonen. Plasmaets partikkeltetthet synker fra rundt 2000 per cm3 i Ios torus til rundt 0,2 per cm3 i en avstand av 35 ·Rj.
I midten av magnetosfæren (mer enn 20 ·Rj fra Jupiter), brytes medrotasjonen gradvis ned. Plasmaet begynner der å rotere saktere enn planeten. Ved avstander større enn 40 ·Rj bryter plasmaet helt ut av magnetfeltet. Det forlater magnetosfæren gjennom magnetohalen. Kald, tett plasma beveger seg utover og blir erstattet av varm plasma med mindre tetthet (temperatur på 20 keV, eller 200 millioner kelvin og høyere) som kommer fra den ytre magnetosfæren. Plasmaet, som blir adiabatisk varmet når den nærmer seg Jupiter, danner et strålingsbelte i Jupiters indre magnetosfære.
Magnetodisk Mens jordens magnetfelt er omtrent dråpeformet, er Jupiters flatere og ligner mer på en disk og «slingrer» periodisk rundt sin egen akse. Denne disklignende konfigurasjonen skyldes hovedsakelig sentrifugalkraften fra medroterende plasma og termisk trykk fra varm plasma. Begge strekker Jupiters magnetfeltlinjer og danner en flat pannekakelignende struktur (magnetodisken) ved avstander større enn 20 Rj fra planeten. Magnetodisken har et tynt strømningssjikt nær midten av planet, omtrent nær den magnetiske ekvator. De magnetiske feltlinjene peker vekk fra Jupiter over sjiktet og mot Jupiter under sjiktet. Tilførselen av plasma fra Io utvider størrelsen på den jovianske magnetosfæren fordi magnetodisken skaper et ekstra indre trykk som balanserer trykket fra solvinden. I fravær av Io ville ikke avstanden mellom planeten og magnetopausen ved det subsolare punktet være mer enn 42 Rj, mens den faktisk er 75 Rj.
Formen til magnetodiskens felt blir oppretthold av en asimutal ringstrøm (ikke analogt med jordens ringstrøm) som går med rotasjonen gjennom det ekvatoriale plasmasjiktet. Som et resultat av vekselvirkningen mellom denne strømmen og planetens magnetfelt skaper Lorentz-kraften en sentripetalkraft som hindrer det medroterende plasmaet i å forlate planeten. Den totale ringstrømmen i det ekvatoriale strømingssjiktet er 90–160 millioner ampere.
Magnetosfærens dynamikk Medrotasjon og radialstrømmer thumb|Jupiters magnetfelt og med-rotasjonen påtvinger strømmer