Foto: NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester)

Jupiters gewaltige Polarlichter haben andere Ursachen als gedacht

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8. September 2017, 19:56

Die enormen Leuchterscheinungen an den Polen des Gasriesen gleichen jenen der Erde nur bedingt

Baltimore – Viele, die sie schon mit eigenen Augen gesehen haben, beschreiben die farbenprächtigen Lichtgirlanden der Polarlichter als atemberaubende Erfahrung. Doch im Vergleich zu den Auroras auf dem Jupiter dürften sie kaum mehr sein als ein fahles Flackern. Bisher gingen Astronomen davon aus, dass die Polarlichter des Gasriesen trotz ihrer gewaltigen Dimensionen in gleicher Weise zustande kommen, wie die Lichtspiele auf der Erde. Nach aktuellen Beobachtungen mithilfe der Nasa-Sonde Juno müssen sich die Forscher allerdings eingestehen, dass sie sich geirrt haben.

Jahrelang hatten Wissenschafter gedacht, dass sie die Polarlicht des Jupiters verstehen würden. Aber dann flog Juno durch die Magnetfelder genau über einer aktiven Aurora und nichts von dem, was die Sonde mit ihren Sensoren einfing, passte zu den Modellen. Nun hat ein Team um Barry Mauk von der Johns Hopkins University im US-Bundesstaat Maryland die Juno-Daten genauer analysiert. Dabei wurde klar, dass sich die wahrscheinliche Quelle der heftigen Jupiter-Auroras von jener unterscheidet, die helle Polarlichter auf unserem Planeten auslösen.

Video: Zeitrafferaufnahmen der Nordlichter in Alaska.
national geographic

Kollisionen führen zu Himmelsleuchten

Auf der Erde entstehen die leuchtkräftigsten Polarlicher durch starke elektrische Felder, die sich entlang der Linien des irdischen Magnetfeldes ausrichten. Dabei bilden sich plötzlich wechselnde Potenzialunterschiede, die Elektronen aus dem Sonnenwind in Richtung Erdboden kohärent beschleunigen. Treffen diese Elektronen auf Gasteilchen der oberen Atmosphäre, übertragen sie einen Teil ihrer Energie. Wird diese Energie von den Atomen schließlich wieder abgegeben, geschieht dies in Form von hellen Lichtblitzen, die in Summe ein farbenprächtiges Schauspiel am Himmel verursachen.

Obwohl sich auch an den Polen des Jupiters enorme elektrische Potenzialunterschiede von bis zu vierhundert Kiloelektronenvolt bilden können, stehen sie in keinem direkten Zusammenhang mit den Auroras des Gasriesen, wie Mauk und seine Kollegen herausfanden. "Diese elektrischen Potenziale sind also nicht die Ursache für die hellen Polarlichter des Jupiters – und das ist eine ziemliche Überraschung", sagt Mauk. Die Leuchterscheinungen dürften stattdessen von einem Prozess gesteuert werden, der auf der Erde weniger helle Polarlichter hervorruft.

Video: Jupiters Polarlicht, aufgenommen mit dem Hubble Weltraumteleskop.
emily lakdawalla

Turbulenzen im Erdmagnetfeld

Diese eher lichtschwachen und diffuseren Auroras entstehen bei uns durch turbulente wellenförmige Störungen im Erdmagnetfeld, die die solaren Elektronen geringer und ungleichmäßiger beschleunigen. Einige dieser Teilchen können dabei genug Energie aufbauen, um beim Zusammenstoß mit Gas-Atomen den Himmel aufzuhellen.

Wie Mauk und sein Team nun im Fachjournal "Nature" schreiben, sind es vor allem diese turbulenten Prozesse mit einer großen spektralen Bandbreite, die die mächtigen Jupiterauroras hervorrufen. Wie genau der Mechanismus funktioniert, konnte allerdings noch nicht völlig entschlüsselt werden. Die Forscher vermuten, dass Elektronen zunächst in ähnlicherweise wie bei irdischen starken Polarlichtern kohärent beschleunigt werden. Bei steigender Energiedichte dürfte der Prozess jedoch instabil werden und andere Beschleunigungsprozesse nehmen überhand.

Die neuen Erkenntnisse sind nicht nur für die Jupiter-Forschung wichtig. Sie erweitern auch das Verständnis großer Exoplaneten, auf denen nach Ansicht der Forscher ganz ähnliche Prozesse ablaufen könnten. (tberg, 8.9.2017)