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Große Auroras auf Jupiter

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Sie dachten, dass die Nordlichter in Alaska groß sind? "Das ist nichts," sagt Randy Gladstone, vom Southwest Research Institute in San Antonio, Texas. "Jupiter hat Auroras, die größer sind als unser gesamter Planet."

Letzten Monat haben Gladstone und Kollegen mit NASA's Chandra X-ray Observatorium dieses Bild aufgenommen:

Der violette Ring verfolgt Jupiter´s Röntgen-Auroras. Gladstone nennt sie "Nordlichter auf Steroiden. Sie sind hunderte Male energiereicher als Auroras auf der Erde."

Chandra hat Jupiter´s Auroras schon viele Male vorher beobachtet, aber diese aktuellen Daten sind sowohl in ihrer Länge als auch in ihrer Qualität außergewöhnlich. Gladstone hofft, dass sie ihm helfen einige Rätsel zu lösen, die seit fast 30 Jahren existieren.

Jupiter's Auroras wurden vom Voyager 1 Raumschiff im Jahre 1979 entdeckt. Ein dünner Ring aus Licht auf Jupiter´s Nachtseite sah aus wie eine gestreckte Version der Auroras auf der Erde. Diese frühen Fotos deuteten jedoch kaum auf die darin liegende Energie hin. Die echte Aktivität fand bei Wellenlängen statt, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, wie Astronomen bald lernten. In den 1990ern fotografierte Hubble´s Ultraviolett-Kamera stürmendes Licht, dass tausende Male energiereicher war, als alles was jemals auf der Erde beobachtet wurde, und Beobachtungen im Röntgenbereich sahen Polarlichtbänder und Vorhänge, die größer waren als die Erde selber.

Jupiter's Auroras hören niemals auf. "Wir sehen sie jedesmal wenn wir schauen," sagt Gladstone. Man sieht nicht zu jeder Zeit Auroras in Alaska, auf Jupiter scheinen die Nordlichter jedoch immer "an" zu sein.

Gladstone erklärt den Unterschied: Auf der Erde werden die intensivsten Auroras durch Sonnenstürme ausgelöst. Eine Explosion auf der Sonne schleudert eine Milliarden Tonnen schwere Wolke aus Gas in unsere Richtung, und einige Tage später trifft uns diese Wolke. Geladene Teilchen regnen auf die obere Atmosphäre, was die Luft rot, grün und violett leuchten lässt. Auf Jupiter ist jedoch keine Sonne notwendig. "Jupiter ist in der Lage seine eigenen Lichter hervorzubringen," sagt Gladstone.

Der Prozess fängt mit Jupiter´s Drehbewegung an: Der Planet dreht sich alle 10 Stunden um seine eigene Achse und zieht das Magnetfeld des Planeten mit sich. Wie jeder Hobby-Wissenschaftler weiß, ist eine gute Möglichkeit ein paar Volt zu generieren, einen Magneten zu drehen -- dies ist das Grundprinzip von DC Motoren. Jupiter´s Drehung produziert 10 Millionen Volt an seinen Polen.

"Jupiter's Polarregionen knistern durch Elektrizität," sagt Gladstone, "und dies schafft die Voraussetzung für andauernde Auroras."

Das elektrische Feld an den Polen greift sich jedes geladene Teilchen, das es finden kann, und schleudert es in die Atmosphäre. Die Teilchen können von der Sonne stammen, aber Jupiter besitzt eine andere, in Hülle und Fülle vorhandene Quelle: den vulkanischen Mond Io, der Sauerstoff- und Schwefelionen (O+ and S+) in Jupiter´s Magnetfeld schleudert.

Irgendwie finden diese Ionen ihren Weg zu Jupiter´s Polen, wo die elektrischen Felder sie in Richtung des darunter liegenden Planeten schleudern. Nach dem Eintritt in die Atmosphäre, "werden ihre Elektronen zuerst von Molekülen entfernt, auf die sie treffen. Wenn sie sich verlangsamen, schnappen sie sich aber Elektronen zurück. Die 'Ladungs-Austausch-Reaktion' produziert intensive Röntgenauroras," erklärt er.

Also werden Jupiter´s Nordlichter, in gewisser Hinsicht, durch Vulkane angetrieben. Rätsel gelöst? Nicht ganz.

Niemand weiß genau, wie vulkanische Ausstöße ihren Weg von Io, hin zu Jupiter´s Magnetosphäre, und wieder zurück zu den Polen finden. "Wir versuchen noch dies herauszufinden," sagt Gladstone.

Aber dies ist ein kleines Detail, verglichen mit einem anderen, noch größeren Rätsel: Es gibt einen Röntgen "Pulsar" innerhalb von Jupiter´s nördlichen Auroras. Manchmal sieht Chandra ihn, manchmal nicht. Wenn er an ist, stößt der Pulsar Gigawattstöße von Röntgenstrahlung, mit einer Periode von 45 Minuten, aus.

Gladstone vermutet, dass der Pulsar nichts mit Io´s Vulkanen zu tun hat, sondern durch die Sonne hervorgerufen wird. "Vielleicht klingelt Jupiter´s Magnetfeld, wenn es von einer Böe des Sonnenwindes getroffen wird, wie eine Glocke, mit einer Periode von 45 Minuten," sagt er. "Es gibt aber auch noch einige andere Möglichkeiten." 

Die Daten vom Februar 2007 enthalten vielleicht wichtige Hinweise. "Chandra beobachtete die Auroras für 15 Stunden, und wir waren nicht die einzigen Beobachter," sagt er. Das Hubble Space Teleskop, der FUSE Satellit, XMM-Newton (ein europäisches Röntgenobservatorium), das New Horizons Raumschiff und viele Teleskope auf der Erde, nahmen zur gleichen Zeit Daten auf. Dies wurde zeitlich mit dem Vorbeiflug von New Horizons am Jupiter abgepasst -- einem Manöver, das die Geschwindigkeit des Raumschiffs, das sich auf dem Weg zum Pluto befindet, erhöhen sollte.

"Jupiter's Auroras wurden noch nie von so vielen Teleskopen gleichzeitig beobachtet," sagt Gladstone. "Ich bin wirklich aufgeregt über diese Daten, und die Analyse hat erst begonnen."

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