Rätsel um Polarlichter am Jupiter nach 40 Jahren gelöst

Vor 40 Jahren wurden erstmals die Polarlichter von Jupiter entdeckt. Sie waren lange Zeit unbekannt, weil sie in Wellenlängen leuchten, die nicht für das menschliche Auge sichtbar sind.

Astronom*innen wussten bisher nur, dass diese Ausbrüche von Röntgenstrahlen durch elektrisch geladene Partikel entstehen, die in die Atmosphäre eindringen. Aber wie diese Ionen überhaupt die Atmosphäre erreichen, war ein Rätsel – das jetzt gelöst wurde.

Die entscheidenden Hinweise kamen von einer neuen Analyse der Daten des XMM-Newton Teleskops. Dieses befindet sich an Bord des NASA-Raumschiffs Juno. Juno ist seit 2016 in der Umlaufbahn von Jupiter, um den Planeten zu erforschen.

Wie die Polarlichter auf der Erde entstehen

Auf der Erde sind Auroras in einem Gürtel sichtbar, der um die magnetischen Pole liegt. Daher auch der Name Polarlichter. Dieser Gürtel liegt zwischen dem 65. und 80. Breitengrad. Bei mehr als 80 Grad verschwinden die Polarlichter, da die Linien des Magnetfelds die Erde verlassen und in das Magnetfeld des Sonnenwinds übergehen. Der Sonnenwind ist ein konstanter Strom an elektrischen geladenen Partikel, die von der Sonne ausgestoßen werden.

Jupiter hat ein geschlossenes Magnetfeld

Die Röntgen-Auroras des Jupiters passen nicht zu denen der Erde. Sie sind näher bei den Polen außerhalb des Gürtels, pulsieren regelmäßig und sind manchmal unterschiedlich beim Nord- und Südpol. Dies sind Eigenschaften, die man nur bei einem geschlossenen Magnetfeld finden würde. Dabei verlässt die Magnetfeldlinie den Planeten bei einem Pol und verbindet sich wieder mit dem Planeten beim anderen Pol.

Computermodelle des Jupiters bestätigten die Vermutung, dass die Polarlichter mit geschlossenen Magnetfeldern zu tun haben könnten. Diese Magnetfelder werden innerhalb von Jupiter kreiert und erstrecken sich Millionen von Kilometer in den Weltraum, bevor sie zum Planeten zurückkehren.

Polarlichter pulsieren alle 27 Minuten

Anhand der Computermodelle wurde der Ort berechnet, an dem die Auroras am wahrscheinlichsten auftauchen. Juno beobachtete diesen Ort durchgehend für 26 Stunden. So fanden die Forscher*innen heraus, dass die Auroras alle 27 Minuten aufleuchten.

Jetzt wurden die gesammelten Daten zusätzlich nach Hinweisen auf magnetische Aktivität untersucht. So fanden die Forscher*innen heraus, dass die Auroras durch Schwankungen im Magnetfeld entstehen. Bei der Rotation des Planeten zieht Jupiter sein Magnetfeld mit durchs All. Dabei wird das Magnetfeld direkt vom Sonnenwind getroffen und zusammengedrückt. Diese Kompression erhitzt Partikel, die im Magnetfeld von Jupiter gefangen sind.

Ionen gleiten auf Magnetfeldlinien in die Atmosphäre

Das löst ein Phänomen namens EMIC (Electromagnetic Ion Cyclotron) aus, bei dem die Ionen in Wellen entlang des Magnetfelds gleiten. Nachdem sie so Millionen von Kilometern im Weltraum zurückgelegt haben, fliegen sie in die Atmosphäre von Jupiter und lösen so die Röntgen-Auroras aus.

„Es ist eine wundervolle Kettenreaktion, die wir in den Daten von Juno sehen. Erst sehen wir die Kompression, dann wie die EMIC-Welle ausgelöst wird. Dann sehen wir die Ionen der Magnetfeldlinie entlang reisen. Und ein paar Minuten später sehen wir die Röntgen-Aurora pulsieren“ sagt William Dunn vom Mullard Space Science Laboratory, Co-Autor der aktuellen Studie, die zu diesen Erkenntnissen geführt hat.

Grundlegender Prozess kann auf vielen anderen Planeten beobachtet werden

Jetzt, da dieser Prozess bekannt ist, der zu den Polarlichtern führt, öffnet das neue Möglichkeiten für zukünftige Studien. Dieser Prozess erklärt etwa, wie Schwefel- und Sauerstoff-Ionen in das Magnetfeld von Jupiter kommen, die von Vulkanen seines Monds Io ausgespuckt werden. Beim Saturn sind es Wasser-Ionen, die vom Mond Enceladus kommen. Laut den Forscher*innen könnte dieser Prozess auch bei Uranus, Neptun und vermutlich Exoplaneten erklären, wie Ionen in deren Atmosphäre kommen.