gov-civil-vilareal.ptDas Geheimnis der Polarlichter des Jupiter ist endlich gelöst – und die Erde hat mehr mit ihnen gemeinsam, als wir dachten
>Jupiter leuchtet auf eine Weise, die nach Einbruch der Dunkelheit mit den meisten Themenparks konkurrieren könnte (ganz zu schweigen von den Polarlichtern der Erde) – aber was steckt hinter dieser Zauberei? Plasma.
Die fantastischen Röntgenstrahlen der Jupiter-Auroren haben einiges mit den Nordlichtern unseres eigenen Planeten gemeinsam. Sie werden beide durch vibrierende Magnetfeldlinien ausgelöst, außer dass Jupiter genug Energie freisetzt, um vorübergehend die gesamte menschliche Zivilisation zu versorgen. Im Gegensatz zur Erdversion des Phänomens sind Jupiter auch für uns unsichtbar, da sie nur in Röntgenstrahlung leuchten. Diese hatten etwas mit dem Magnetfeld zu tun. Jetzt wissen wir was .
Unter der gemeinsamen Leitung der Planetenwissenschaftler Zhonghua Yao von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Wiliam Dunn vom University College London hat ein Forscherteam es endlich in einer kürzlich veröffentlichten Studie genannt Wissenschaftliche Fortschritte. Was vorher bekannt war, war, dass Polarlichter auftraten, wenn Ionen mit der Jupiteratmosphäre kollidierten und dass sich zwischen ihren Magnetfeldlinien Plasma befindet. Yao fand heraus, dass diese Ionen in die Atmosphäre prallen und Ionen in Röntgenform freisetzen, wenn diese magnetischen Feldlinien Wellen im Plasma auslösen.
Die Schlüsselfrage war, was Ionen periodisch dazu bringen könnte, in die Atmosphäre des Jupiter zu krachen, sagt Yao gegenüber SYFY WIRE. Dann stellte sich die Frage: Wie hängen Kompressionswellen und Ionenniederschläge zusammen? Elektromagnetische Ionenzyklotronwellen sind eine ideale Verbindung aus der theoretischen Plasmaphysik.
Nur eine Sekunde zurück. Wir werden gleich zu elektromagnetischen Ionenzyklotronwellen kommen. Aber zuerst die Beobachtungen.
Yao und sein Team verwendeten Daten der Jupiter-Sonde Juno und des XMM-Newton-Weltraumobservatoriums, um die Wissenschaft hinter diesen fast Science-Fiction-Phänomenen herauszufinden. XMM-Newton ist eines der fortschrittlichsten Röntgenobservatorien auf dem Markt. Es kann schnell genug erfassen, wie viele Röntgenstrahlen von den Jupiterpolen freigesetzt werden, um die Details der Variationen dieser Emissionen über kurze Zeiträume aufzudecken. Wie oft die Röntgenstrahlen pulsierten, war ein Hinweis, der letztendlich zur Antwort führen sollte. Elektromagnetische Plasmawellen oder magentohydrodynamische Wellen breiten sich in Dutzenden von Minuten entlang der magnetischen Feldlinie aus.
Durch den weiteren Vergleich der Röntgen-Aurorapulsationen mit den magnetischen Schwingungen beginnen wir zu wissen, ob die gesamte Magnetosphäre des Jupiter zeitlich schwingt oder ob dies von Ort zu Ort variiert, sagt Dunn.
Bildnachweis: Röntgen: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al., Optisch: Südpol: Kredite: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran Nordpol-Credit: NASA/JPL-Caltech /SwRI/MSSS
Alle Störungen im Magnetfeld wurden berücksichtigt, und das Team stellte fest, dass die untersuchten magentohydrodynamischen Wellen mit Pulsen in Röntgenstrahlen ausgerichtet waren. Dies waren komprimierte magentohydrodynamische Wellen. Sie funktionierten wie Kompressionswellen , die Schwingungen parallel zu ihrer Bewegungsrichtung erfahren und sich nur in einem Medium (Materie im Zwischenraum) ausbreiten können, das Plasma war. Das Periodizitäten , oder wiederholtes Auftreten eines Phänomens innerhalb bestimmter Zeiträume, überprüft sowohl in den XMM-Newton- als auch in den Juno-Beobachtungen. Es war der Beweis, der benötigt wurde, um Computermodelle von dem zu erstellen, was vor sich ging.
Die konsistenten Periodizitäten zwischen den von Juno gemessenen Kompressionswellen und den von XMM-Newton gemessenen Röntgenpulsationen sind der Schlüsselbeweis, sagt Yao. In den 26 Stunden kontinuierlicher Röntgenbeobachtungen gab es drei Intervalle, in denen die beiden Datensätze verfügbar waren. Die konsistente Periodizität ist äußerst unwahrscheinlich.
Überraschenderweise sind Jupiters Polarlichter näher an der Erde, als wir dachten. Auroras auf unserem eigenen Planeten durchlaufen einen Prozess, der dem auf Jupiter nicht unähnlich ist. Wenn der Sonnenwind geladene Teilchen hineinbläst, laufen sie auch in unser Magnetfeld und rasen wie auf einer kosmischen Achterbahn auf die Pole zu. Sie zerschlagen dann in atmosphärische Moleküle, die zu . werden ionisiert indem sie Elektronen gewinnen oder verlieren und eine spektakuläre Lichtshow inszenieren. Auf Jupiter sind Polarlichter intensiver, als auf Dauer. Denn Partikel stammen aus dem vulkanischen Schwefeldioxid seines ständig ausbrechenden Mondes Io statt der Sonne.
Jetzt über die elektromagnetische Ionenzyklotron (EMIC)-Wellen die auch eine Verbindung zu Polarlichtern auf der Erde haben. EIN Zyklotron entsteht, wenn ein elektrisches Wechselfeld geladene Teilchen beschleunigt, die gleichzeitig im Magnetfeld spiralförmig oder kreisförmig herumwirbeln. Diese Wellen sind in magnetisierten Plasmen zu finden und setzen elektromagnetische Energie in der Nähe des nächsten Zyklotrons frei. Yao freut sich darauf, dieses Wissen bei zukünftigen Untersuchungen anderer Planeten und Monde zu nutzen.
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Saturn, Uranus und Neptun können alle systematische Kompressionswellen antreiben, Ionenverteilungen modulieren und elektromagnetische Ionenzyklotronwellen anregen, die Ionen streuen und in planetarische Atmosphären niederschlagen könnten“, sagt er. „Auch vulkanische Aktivitäten sind nicht die einzigen Prozesse, die schwere Ionen erzeugen können. Die großen Wasserdampfwolken auf dem Saturnmond Enceladus produzieren Ionen der Wassergruppe, die sich nicht sehr von vulkanischen Ionen unterscheiden.
Die Sache ist die, die Ionen in der Magnetosphäre des Jupiter sind viel energiereicher als die in den Magnetosphären anderer Körper, also erwarte keine ganze Lichtkapade. Andere Gasriesen wie Saturn produzieren möglicherweise nicht einmal Röntgen-Auroren. Dennoch ist dies ein faszinierender Blick darauf, wie Spezialeffekte im Weltraum erzeugt werden.
Sind Jupiters Polarlichtpulse die Signatur eines globalen Prozesses oder nur ein kleiner lokalisierter Prozess, der an den Orten zu sehen ist, die Juno bisher erforscht hat? Wir wissen es noch nicht, sagt Dunn. Da Juno immer mehr von der Umgebung um Jupiter erkundet, werden wir dies hoffentlich beantworten können.
