Röntgen- und optische Daten zeigen die seltsamen Polarlichtausbrüche. (NASA Chandra/Juno Wolk/Dunn) Die Erde ist nicht die einzige Welt, die mit dem leuchtenden atmosphärischen Phänomen Aurora geschmückt ist. Tatsächlich wäre bei einem Aurora-Wettbewerb im Sonnensystem der klare Gewinner der Gewinner Jupiter . Der sogenannte König der Planeten wird von den stärksten Polarlichtern im Sonnensystem gekrönt, die permanent beide Pole umkreisen.
Da sie nur in nicht sichtbaren Wellenlängen leuchten, können wir sie mit bloßem Auge nicht sehen, weshalb sie erst vor 40 Jahren entdeckt wurden. Seitdem fragen sich Wissenschaftler, wie diese Polarlichter periodische Röntgenstrahlungsausbrüche erzeugen.
Jetzt denken sie, sie hätten es gelöst. Mithilfe gleichzeitiger Beobachtungen der Jupitersonde Juno und des Röntgen-Weltraumobservatoriums XMM-Newton hat ein Team unter der Leitung des Planetenforschers Zhonghua Yao von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in China die Röntgenausbrüche mit Vibrationen in den Magnetfeldlinien des Gasriesen in Verbindung gebracht.
Diese Schwingungen erzeugen Wellen im Plasma, die sich entlang der Magnetfeldlinien ausbreiten, was dazu führt, dass in regelmäßigen Abständen schwere Ionen auf die Jupiteratmosphäre herabregnen und mit ihr kollidieren, wodurch Energie in Form von Röntgenstrahlen freigesetzt wird.
„Wir haben vier Jahrzehnte lang beobachtet, wie Jupiter Röntgen-Aurora erzeugte, aber wir wussten nicht, wie das geschah.“ „Wir wussten nur, dass sie entstanden, als Ionen in die Atmosphäre des Planeten einschlugen“, erklärte der Astrophysiker William Dunn des University College London im Vereinigten Königreich.
„Jetzt wissen wir, dass diese Ionen durch Plasmawellen transportiert werden – eine Erklärung, die bisher noch nicht vorgeschlagen wurde, obwohl ein ähnlicher Prozess das Polarlicht der Erde erzeugt.“ Es könnte sich daher um ein universelles Phänomen handeln, das in vielen verschiedenen Umgebungen im Weltraum auftritt.“
Hier auf der Erde werden Polarlichter durch Partikel erzeugt, die von der Sonne einblasen. Sie kollidieren mit dem Erdmagnetfeld, das geladene Teilchen wie Protonen und Elektronen entlang der Magnetfeldlinien in Richtung der Pole schickt, wo sie auf die obere Erdatmosphäre niederprasseln und mit atmosphärischen Molekülen kollidieren. Die daraus resultierende Ionisierung dieser Moleküle erzeugt die atemberaubenden tanzenden Lichter.
Auf Jupiter gibt es einige Unterschiede. Die Polarlichter sind, wie bereits erwähnt, konstant und dauerhaft; Das liegt daran, dass die Teilchen nicht von der Sonne stammen, sondern vom Jupitermond Io, dem vulkanischsten Planeten im Sonnensystem. Es ist ständiges Ausstoßen von Schwefeldioxid , das durch eine komplexe Gravitationswechselwirkung mit dem Planeten sofort abgestreift wird, ionisiert wird und einen Plasmatorus um Jupiter bildet.
Und dann sind da noch die Röntgenimpulse. Um herauszufinden, wie sie erzeugt wurden, untersuchte das Forschungsteam den Planeten mithilfe gleichzeitiger Beobachtungen von Juno und XMM-Newton vom 16. bis 17. Juli 2017 insgesamt 26 Stunden lang. Während dieser Zeit löste Jupiter etwa alle 27 Minuten einen Röntgenstrahl aus.
Basierend auf diesen Beobachtungen verknüpfte das Team Junos Beobachtungen des Plasmas mit XMM-Newtons Beobachtungen der Röntgenausbrüche; Mithilfe von Computermodellen ermittelten sie, wie die beiden Phänomene miteinander verbunden sein könnten.
Das Team gelangte zu dem Schluss, dass Kompressionen im Magnetfeld des Jupiter Wellen aus Sauerstoff- und Schwefelionen erzeugen, die sich spiralförmig entlang der Magnetfeldlinien zu den Polen des Jupiter bewegen, wo sie herabregnen, mit der Atmosphäre kollidieren und Röntgenlichtausbrüche erzeugen.
Diese Wellen werden elektromagnetische Ionenzyklotronwellen (oder EMIC-Wellen) genannt, und das haben sie auch wurden auch mit flackernden Polarlichtern in Verbindung gebracht Hier auf der Erde.
Es ist derzeit unklar, was die Kompressionen im Magnetfeld des Jupiter verursacht. Es könnte der Einfluss des Sonnenwinds sein, Zirkulation schwerer Materialien innerhalb der Jupiter-Magnetosphäre oder Oberflächenwellen auf der Magnetopause, der äußeren Grenze zwischen der Magnetosphäre und dem umgebenden Plasma.
Wie auch immer die Kompressionen erzeugt werden, die Tatsache, dass derselbe Mechanismus – EMIC-Wellen – mit Polarlichtemissionen auf zwei so sehr unterschiedlichen Welten in Verbindung gebracht wurde, lässt darauf schließen, dass er im Sonnensystem und in der Galaxie darüber hinaus recht häufig vorkommt.
„Nachdem wir diesen grundlegenden Prozess identifiziert haben, gibt es eine Fülle von Möglichkeiten, ihn als nächstes zu untersuchen.“ sagte Yao .
„Ähnliche Prozesse finden wahrscheinlich um Saturn, Uranus, Neptun und wahrscheinlich auch Exoplaneten statt, wobei verschiedene Arten geladener Teilchen auf den Wellen ‚surfen‘.“
Die Ergebnisse zeigen, dass EMIC-Wellen eine wichtige, bisher unbemerkte Rolle in der Ionendynamik der Jupiteratmosphäre spielen könnten und uns helfen könnten, Plasmaprozesse in der gesamten Galaxie besser zu verstehen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .