Das Rätsel um Jupiters Aurora wurde in einer neuen Studie endlich gelöst

Das 40 Jahre alte Rätsel, wie Jupiter alle paar Minuten einen erstaunlichen Röntgenstrahl erzeugt, wurde in einer neuen Studie gelöst.

Experten des University College London (UCL) untersuchten Daten der NASA-Raumsonde Juno, die derzeit Jupiter umkreist – den größten Planeten unseres Sonnensystems.

Sie entdeckten, dass Röntgen-Eruptionen vom Nord- und Südpol des Jupiter durch periodische Schwingungen in den magnetischen Feldlinien des Planeten, in seiner „Magnetosphäre“, verursacht werden.

Diese Schwingungen erzeugen Plasmawellen – einen der vier Grundzustände der Materie, bestehend aus Gasionen.

Plasmawellen schicken dann schwere Ionenteilchen, die entlang magnetischer Feldlinien „surfen“, bis sie mit der Atmosphäre des Planeten kollidieren, Energie in Form von Röntgenstrahlen freisetzen und erstaunliche Energie erzeugen. Die Aurora Borealis.

Ein ähnliches Phänomen tritt auf der Erde auf, wo es das Nordlicht erzeugt, aber Jupiter ist viel stärker und setzt Hunderte von Gigawatt Energie frei, genug, um die menschliche Zivilisation kurzzeitig anzutreiben.

Überlagerte Bilder des Jupiterpols vom Juno-Satelliten der NASA und dem Chandra-Röntgenteleskop der NASA. Die linke Seite zeigt eine Projektion der Aurora Borealis (Magenta) Röntgenaufnahme des Jupiter auf das sichtbare JunoCam-Bild des Nordpols. Rechts zeigt das südliche Pendant

Was ist die Magnetosphäre?

Die Magnetosphäre ist der Bereich um einen Planeten, der vom Magnetfeld des Planeten dominiert wird.

Die Magnetosphäre der Erde wirkt als unsichtbares Kraftfeld, das uns vor gefährlichen geladenen Teilchen der Sonne schützt.

Inzwischen ist das Magnetfeld des Jupiter etwa 20.000 Mal stärker als das der Erde – die Magnetosphäre des Jupiter, der von diesem Magnetfeld kontrollierte Bereich, ist also extrem groß.

Am Nachthimmel sichtbar, würde er eine Fläche bedecken, die mehrfach so groß ist wie unser Mond.

Die Autoren der Studie behaupten, dass allein die Röntgen-Auroren des Jupiter Gigawatt emittieren, was dem entspricht, was ein einzelnes Kraftwerk über mehrere Tage produzieren würde.

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UCL-Forscher arbeiteten mit Experten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen und veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Wissenschaftlicher Fortschritt.

„Wir haben gesehen, wie Jupiter vier Jahrzehnte lang Röntgen-Auroren produziert, aber wir wussten nicht, wie das passiert ist“, sagte Studienautor Dr. William Dunn vom Mullard Space Science Laboratory der UCLA.

Wir wussten, dass sie nur entstehen, wenn Ionen auf die Atmosphäre des Planeten treffen.

Wir wissen jetzt, dass diese Ionen durch Plasmawellen transportiert werden – eine Erklärung, die bisher nicht vorgeschlagen wurde, obwohl ein ähnlicher Prozess die erdeigene Aurora Borealis erzeugt.

Daher kann es sich um ein globales Phänomen handeln, das in vielen verschiedenen Umgebungen im Weltraum präsent ist.

Für die Studie analysierten die Forscher die Beobachtungen von Jupiter und seiner Umgebung kontinuierlich über einen Zeitraum von 26 Stunden durch Juno und den XMM-Newton-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation, der sich in der Erdumlaufbahn befindet.

Sie fanden eine klare Korrelation zwischen den von Juno detektierten Wellen im Plasma und den von X-MM Newton aufgezeichneten Polarlicht-Röntgeneruptionen des Nordpols des Jupiter.

Astronomen haben zum ersten Mal gesehen, wie das Magnetfeld des Jupiter komprimiert wird, wodurch Teilchen erhitzt und entlang der Magnetfeldlinien in die Atmosphäre des Jupiters geleitet werden, wodurch Röntgen-Auroren entstehen.

Astronomen haben zum ersten Mal gesehen, wie das Magnetfeld des Jupiter komprimiert wird, wodurch Teilchen erhitzt und entlang der Magnetfeldlinien in die Atmosphäre des Jupiters geleitet werden, wodurch Röntgen-Auroren entstehen.

Plasmahäufigkeit

Fast alle sichtbare Materie im Universum existiert im Plasmazustand.

Es tritt auf diese Weise in Sonne und Sternen sowie im interplanetaren und interstellaren Raum auf.

Auch Polarlicht, Blitz und Schweißlichtbogen sind Plasmen.

Plasma findet sich in Neon- und Leuchtstoffröhren, in der Kristallstruktur metallischer Festkörper und in vielen anderen Phänomenen und Objekten.

Die Erde selbst ist in ein schwaches Plasma, den Sonnenwind, getaucht und von einem dichten Plasma, der Ionosphäre, umgeben.

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Quelle: Encyclopedia Britannica

Dann verwendeten sie Computermodelle, um zu bestätigen, dass die Wellen die schweren Teilchen in die Atmosphäre des Jupiters drängen würden.

Warum magnetische Feldlinien periodisch schwingen – so heißt der ganze Vorgang – ist unklar.

Eine mögliche Erklärung ist jedoch, dass die Schwingung aus Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind oder aus Hochgeschwindigkeits-Plasmaströmungen in der Magnetosphäre des Jupiter resultiert.

Röntgen-Auroren treten laut dem Team häufig regelmäßig an den Nord- und Südpolen des Jupiter auf.

Während des Beobachtungszeitraums produzierte Jupiter alle 27 Minuten Röntgenstrahlen.

Jetzt hat das Team den gesamten Prozess auf den Punkt gebracht und glaubt, dass ähnliche Prozesse wahrscheinlich um Saturn, Uranus, Neptun und möglicherweise sogar um Exoplaneten – Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – ablaufen.

„Röntgenstrahlen werden normalerweise von extrem starken und heftigen Phänomenen wie Schwarzen Löchern und Neutronensternen erzeugt, daher erscheint es seltsam, dass nur Planeten sie auch produzieren“, sagte Studienautorin Graziella Brandoardi-Raymont von der University of California.

Wir können Schwarze Löcher niemals besuchen, weil sie jenseits der Raumfahrt liegen, aber Jupiter ist vor unserer Haustür.

Da der Juno-Satellit die Umlaufbahn des Jupiter erreicht, haben Astronomen jetzt eine großartige Gelegenheit, eine Umgebung zu untersuchen, die Röntgenstrahlen erzeugt.

Juno ist hier in einer künstlerischen Darstellung dargestellt, wie sie sich Jupiter nähert.  Juno wurde vor einem Jahrzehnt gestartet und umkreist Jupiter seit fünf Jahren

Juno ist hier in einer künstlerischen Darstellung dargestellt, wie sie sich Jupiter nähert. Juno wurde vor einem Jahrzehnt gestartet und umkreist Jupiter seit fünf Jahren

Juno startete vor fast einem Jahrzehnt – am 5. August 2011 – von Cape Canaveral, Florida, um Jupiter aus der Umlaufbahn zu untersuchen.

Die solarbetriebene rotierende Raumsonde Juno erreichte am 4. Juli 2016 den Jupiter, nachdem sie ihre fünfjährige Reise abgeschlossen hatte.

Es hat drei riesige Klingen, die sich etwa 20 Meter aus seinem sechsseitigen zylindrischen Körper erstrecken.

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Juno wird seine Untersuchungen des größten Planeten des Sonnensystems bis September 2025 oder bis zum Ende der Lebensdauer der Raumsonde fortsetzen.

Das interaktive Tool der NASA bietet Echtzeit-Updates der Position von Juno relativ zu Jupiter und seinen Monden.

Wie die Juno-Sonde der NASA die Geheimnisse des größten Planeten des Sonnensystems enthüllt

Die Juno-Sonde erreichte Jupiter im Jahr 2016 nach einer fünfjährigen Reise und 1,8 Milliarden Meilen von der Erde entfernt

Die Juno-Sonde erreichte Jupiter im Jahr 2016 nach einer fünfjährigen Reise und 1,8 Milliarden Meilen von der Erde entfernt

Juno erreichte Jupiter am 4. Juli 2016 nach einer fünfjährigen Reise, 1,8 Milliarden Meilen (2,8 Milliarden km) von der Erde entfernt.

Nach einem erfolgreichen Bremsmanöver trat es in eine lange polare Umlaufbahn ein und flog 5.000 km von den wirbelnden Wolkenspitzen des Planeten entfernt.

Die Sonde sprengte alle zwei Wochen nur 2.600 Meilen (4.200 km) aus den Wolken des Planeten – fast, um eine globale Abdeckung in einem einzigen Bild zu liefern.

Keine frühere Raumsonde hat Jupiter so nahe umkreist, obwohl zwei andere in die Tiefe geschickt wurden, um sie durch seine Atmosphäre zu zerstören.

Um ihre gefährliche Mission abzuschließen, überlebte Juno einen tödlichen Strahlungssturm, der durch das starke Magnetfeld des Jupiter verursacht wurde.

Der Wirbel hochenergetischer Teilchen, der sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, ist die härteste Strahlungsumgebung im Sonnensystem.

Um den Bedingungen gerecht zu werden, wurde das Raumfahrzeug mit speziellen strahlungsverstärkten Drähten und einem Sensorschild geschützt.

Sein überaus wichtiges „Gehirn“ – der Flugcomputer der Raumsonde – war in einem gepanzerten Gewölbe aus Titan untergebracht und wog etwa 172 kg.

Das Schiff soll bis 2025 die Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten untersuchen.

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