Das Rätsel um die riesigen Nord- und Südlichter des Gasriesen ist gelöst.

Planetarische Astronomen haben Messungen der NASA-Raumsonde Juno im Jupiter-Orbit mit Daten der erdumlaufenden ESA-Mission XMM-Newton kombiniert, um ein 40 Jahre altes Rätsel über den Ursprung des ungewöhnlichen X- ray Auroras Käufer. Zum ersten Mal haben sie den gesamten Mechanismus in Aktion gesehen: Die elektrisch geladenen Atome oder Ionen, die für die Röntgenstrahlen verantwortlich sind, „surfen“ elektromagnetische Wellen im Magnetfeld des Jupiter hinunter in die Atmosphäre des Gasriesen.

Ein Paper zur Studie wurde am 9. Juli 2021 in der Zeitschrift . veröffentlicht Wissenschaftlicher Fortschritt.

Die Aurora Borealis wurde auf sieben Planeten unseres Sonnensystems nachgewiesen. Einige dieser Lichtshows sind für das menschliche Auge sichtbar; Andere erzeugen Lichtwellenlängen, die wir nur mit speziellen Teleskopen sehen können. Kürzere Wellenlängen erfordern mehr Energie zur Erzeugung. Jupiter hat die stärkste Aurora Borealis im Sonnensystem und ist der einzige

Planetarische Astronomen sind seit seiner Entdeckung vor vier Jahrzehnten von den Polarlicht-Röntgenstrahlen des Jupiter fasziniert, weil nicht sofort klar war, wie die Energie, die zu ihrer Herstellung benötigt wird, erzeugt wird. Sie wussten, dass diese plötzlichen Nord- und Südlichter von Jupiter durch die Kollision von Ionen in der Atmosphäre des Jupiters verursacht wurden. Bisher wussten die Wissenschaftler jedoch nicht, wie die Ionen, die für die Darstellung des Röntgenlichts verantwortlich sind, überhaupt in die Atmosphäre gelangten.

Auf der Erde erscheinen Polarlichter normalerweise nur in einem Gürtel, der die Magnetpole umgibt, zwischen 65 und 80 Grad Breite. Nach 80 Grad verschwindet die Polarlichtemission, weil magnetische Feldlinien die Erde verlassen und sich mit dem Magnetfeld im Sonnenwind verbinden, dem kontinuierlichen Fluss elektrisch geladener Teilchen, die von der Sonne ausgestoßen werden. Diese werden offene Feldlinien genannt, und im konventionellen Bild wird auch nicht erwartet, dass die höheren Breiten von Jupiter und Saturn große Polarlichter emittieren.

Jupiters Röntgen-Aurora ist jedoch anders. Sie befinden sich in Richtung des Pols vom Haupt- und pulsierenden Polarlichtgürtel, und die am Nordpol unterscheiden sich oft von denen am Südpol. Dies sind typische Merkmale eines geschlossenen Magnetfelds, bei dem die Magnetfeldlinie den Planeten an einem Pol verlässt und sich am anderen wieder mit dem Planeten verbindet. Alle Planeten mit Magnetfeldern haben sowohl offene als auch geschlossene Feldkomponenten.

Wissenschaftler, die das Phänomen untersuchten, wandten sich Computersimulationen zu und fanden heraus, dass pulsierende Röntgen-Auroren mit geschlossenen Magnetfeldern in Verbindung gebracht werden können, die im Inneren des Jupiter erzeugt werden und sich dann Millionen von Meilen in den Weltraum erstrecken, bevor sie zurückkehren. Doch wie lässt sich die Anwendbarkeit des Modells beweisen?

Die Studienautoren griffen auf Daten zurück, die Juno und XMM-Newton vom 16. bis 17. Juli 2017 gesammelt hatten. Während der zwei Tage beobachtete XMM-Newton den Jupiter 26 Stunden lang kontinuierlich und beobachtete, wie alle 27 Minuten Röntgenlichter pulsierten.

Zur gleichen Zeit reiste Juno zwischen 62 und 68 Jupiterradien (etwa 2,8 bis 3 Millionen Meilen oder 4,4 bis 4,8 Millionen km) über der Predawn-Region des Planeten. Dies war genau die Region, die nach den Simulationen des Teams für das Auslösen der Pulse wichtig war. Daher durchsuchten sie Junos Daten nach magnetischen Prozessen, die mit der gleichen Geschwindigkeit ablaufen.

Sie fanden heraus, dass die Schwankungen im Magnetfeld des Jupiter die Röntgenpulsationen der Aurora Borealis verursachten. Sonnenwindpartikel treffen direkt auf die äußeren Grenzen des Magnetfelds und komprimieren. Diese Kompressionen erhitzen die Ionen, die im riesigen Magnetfeld des Jupiter gefangen sind, das Millionen von Meilen von der Atmosphäre des Planeten entfernt ist.

Dies führt zu einem Phänomen, das als elektromagnetische Ionenzyklotron (EMIC)-Wellen bezeichnet wird, bei dem Teilchen entlang Feldlinien geführt werden. Geleitet vom Feld reiten die Ionen auf der EMIC-Welle durch Millionen von Meilen des Weltraums, stürzen schließlich in die Atmosphäre des Planeten und setzen die Röntgen-Aurora frei.

„Was wir in den Juno-Daten sehen, ist diese schöne Kette von Ereignissen. Wir sehen, wie die Kompression stattfindet, wir sehen die EMIC-Welle losgehen, wir sehen die Ionen und dann sehen wir einen Ionenpuls, der sich entlang der Feldlinie bewegt“, sagte William Dunn vom Mullard Space Science Laboratory, University College London und Kollegen – Der Zeitungsautor: „Dann sieht XMM nach ein paar Minuten eine Explosion von Röntgenstrahlen.“

Nachdem der fehlende Teil des Prozesses zum ersten Mal identifiziert wurde, eröffnet er eine Fülle von Möglichkeiten, wie er untersucht werden kann. Auf Jupiter zum Beispiel ist das Magnetfeld mit Schwefel- und Sauerstoffionen gefüllt, die von den Vulkanen auf dem Mond Io emittiert werden. Auf Saturn spuckt der Mond Enceladus Wasser in den Weltraum und füllt das Magnetfeld des Saturn mit Ionen der Wassergruppe.

Weitere Informationen zu dieser Entdeckung finden Sie unter Wissenschaftler lösen ein 40 Jahre altes Geheimnis um Jupiters erstaunlich mächtige Aurora Borealis.

Referenz: „Erkennung der Quelle von Jupiters Polarlicht-Röntgeneruptionen“ von Zhonghua Yao, William R. Dunn, Emma E. Woodfield, George Clark, Barry H. Mauk, Robert W. Ebert, Denis Grodent, Bertrand Bonfond, Dongxiao Pan , Jonathan Ray, Benpin Ni, Ruilong Joe, Gratzilla Brandoardi-Remont, Avelia de Wibisono, Pedro Rodriguez, Stavros Cotsiaros, Jean Uwe Ness, Frederic Allegrini, William S. Solomon, Harry Manners, Ravindra T. Desai und Scott J. Bolton, 9. Juli 2021, Wissenschaftlicher Fortschritt.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851

Mehr zur Mission

Das Jet Propulsion Laboratory, eine Abteilung des California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, leitet die Juno-Mission für Hauptforscher Scott J. Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio. Juno ist Teil des New Frontiers Program der NASA, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, für das Science Mission Directorate der Agentur in Washington verwaltet wird. Lockheed Martin Space in Denver hat das Raumschiff gebaut und betrieben.