Polarlichter auf der Erde haben Entsprechungen auf anderen Planeten. Diejenigen auf Jupiter enthüllen dank Weltraumbeobachtungen unerwartete Phänomene.
Die NASA-Mission Juno, die seit 2016 den Jupiter umkreist, hat wertvolle Daten über die jovianischen Polarlichter gesammelt. Das Instrument Waves hat elektromagnetische Signale erfasst, die von geladenen Teilchen im Plasma erzeugt werden, und dabei bisher unbekannte Wellen offenbart. Diese Entdeckungen helfen zu verstehen, wie Magnetfelder Planeten vor stellaren Strahlungen schützen.
Schwache aurorale Merkmale, die von Juno entdeckt wurden, wahrscheinlich ausgelöst durch Teilchen aus der Magnetosphäre des Jupiter.
Bildnachweis: NASA/SWRI/JPL-Caltech/SwRI/V. Hue/G. R. Gladstone/B. Bonfond
Polarlichter entstehen, wenn geladene Teilchen, die vom planetaren Magnetfeld gelenkt werden, mit der Atmosphäre kollidieren. Auf der Erde erzeugt dies farbiges Licht, das an den Polen sichtbar ist. Auf Jupiter sind die Polarlichter viel stärker und emittieren hauptsächlich im ultravioletten und infraroten Bereich, was spezielle Instrumente zu ihrer Beobachtung erfordert.
Plasma, oft als vierter Aggregatzustand der Materie bezeichnet, ist ein ionisiertes Gas, das aus Elektronen und Ionen besteht. Es verhält sich wie eine Flüssigkeit, reagiert aber stark auf Magnetfelder. Rund um Jupiter, den am stärksten magnetisierten Planeten des Sonnensystems, zeigt Plasma einzigartige Verhaltensweisen, die auf der Erde nicht vorkommen.
Das Forschungsteam entdeckte, dass die Plasmadichte nahe den Polen des Jupiter sehr gering ist, während das Magnetfeld extrem stark ist. Diese Kombination erzeugt eine neue Art von Welle, die als Alfvén-Welle beginnt, sich aber in einen Langmuir-Modus umwandelt. Diese Wellen beeinflussen, wie Teilchen zu den Polarregionen gelenkt werden.
Auf Jupiter werden geladene Teilchen direkt zu den Polen gelenkt, was konzentriertere und chaotischere Polarlichter erzeugt als auf der Erde. Diese extremen Bedingungen könnten bei äußeren Planeten des Sonnensystems oder bei massereichen Exoplaneten häufig vorkommen.
Polarlichter auf Jupiter, aufgenommen vom James-Webb-Weltraumteleskop im Jahr 2023.
Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Jonathan Nichols (University of Leicester), Mahdi Zamani (ESA/Webb)
Wissenschaftler analysieren weiterhin die Daten von Juno während seiner zusätzlichen Umlaufbahnen. Jeder Vorbeiflug liefert neue Informationen über das Verhalten von Plasma unter extremen Bedingungen.
Was ist Plasma und warum ist es im Weltraum wichtig?
Plasma ist ein Zustand der Materie, bei dem Atome so energiereich sind, dass sie sich in elektrisch geladene Elektronen und Ionen trennen. Es wird oft als vierter Aggregatzustand der Materie bezeichnet, nach fest, flüssig und gasförmig.
Im Weltraum ist Plasma allgegenwärtig und macht den größten Teil des sichtbaren Universums aus, einschließlich Sterne und des interstellaren Mediums. Es verhält sich wie eine Flüssigkeit, interagiert aber stark mit Magnetfeldern und beeinflusst Phänomene wie Polarlichter und Sonnenwinde.
Auf Jupiter ist Plasma besonders dicht und magnetisiert, was einzigartige Bedingungen für die Untersuchung von Wellen und Teilchen schafft. Das Verständnis von Plasma hilft Wissenschaftlern, Weltraumumgebungen zu modellieren und Weltraumwetter vorherzusagen, das Satelliten und Kommunikation auf der Erde beeinträchtigen kann.
Die Forschung am jovianischen Plasma könnte auch auf andere Himmelskörper wie Braune Zwerge oder Exoplaneten anwendbar sein und unser Wissen über Planetensysteme erweitern.
Wie schützen Magnetfelder Planeten?
Planetare Magnetfelder wirken wie unsichtbare Schilde, die geladene Teilchen aus dem Sonnenwind oder anderen kosmischen Quellen ablenken. Ohne sie könnten diese Teilchen die Atmosphäre erodieren und die Oberfläche schädlicher Strahlung aussetzen.
Auf der Erde lenkt das Magnetfeld Teilchen zu den Polen, wo sie die Nord- und Südlichter erzeugen. Dieser Prozess dissipiert die Energie der Teilchen auf relativ sichere Weise und schützt die Biosphäre und Technologien.
Jupiter ist der Planet mit dem stärksten Magnetfeld im Sonnensystem, erzeugt durch seinen schnell rotierenden metallischen Kern. Es leitet Teilchen direkt zu den Polen und erzeugt intensive, konzentrierte Polarlichter. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der der Erde und bietet ein natürliches Labor zur Erforschung der Magnetosphäre.
Das Verständnis dieser Mechanismen hilft bei der Entwicklung von Strategien zum Schutz zukünftiger bemannter Missionen im tiefen Weltraum, wo Strahlung eine große Bedrohung für die Gesundheit von Astronauten und die Integrität von Ausrüstung darstellt.
Quelle: Physical Review Letters