Auch nach jahrzehntelangen Studien ist die Atmosphäre des Jupiter für Wissenschaftler immer noch ein Rätsel. Entsprechend der Größe des Planeten ist seine Atmosphäre die größte im Sonnensystem, erstreckt sich über eine Höhe von über 5.000 km (3.000 Meilen) und weist extreme Temperatur- und Druckverhältnisse auf. Darüber hinaus erlebt die Atmosphäre des Planeten die stärksten Polarlichter im Sonnensystem.
Die Erforschung dieses Phänomens war eines der Hauptziele der JunoSonde , die Jupiter erreichte am 5. Juli 2016 . Nach der Analyse der von den Instrumenten der Sonde gesammelten Daten haben die Wissenschaftler von Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University (JHUAPL) stellten überrascht fest, dass die starken magnetischen Stürme des Jupiter nicht dieselbe Quelle haben wie auf der Erde.
Die Studie, die diese Ergebnisse detailliert beschreibt, “ Diskrete und breitbandige Elektronenbeschleunigung in Jupiters leistungsstarker Aurora “, erschien kürzlich in der wissenschaftlichen ZeitschriftNatur.Unter der Leitung von Barry Mauk, einem Wissenschaftler des JHUAPL, analysierte das Team Daten, die von Junos Ultraviolet Spectrograph (UVS) und dem Jovian Energetic Particle Detector Instrument (JEDI) gesammelt wurden, um die Polarregionen des Jupiter zu untersuchen.
Ultraviolette Polarlichtbilder von Jupiter vom Juno Ultraviolet Spectrograph Instrument. Bildnachweis: NASA/SwRI/Randy Gladstone
Wie auf der Erde sind Polarlichter auf Jupiter das Ergebnis intensiver Strahlung und des Magnetfelds des Jupiter. Wenn sich diese Magnetosphäre mit geladenen Teilchen ausrichtet, hat dies den Effekt, dass Elektronen auf hohem Energieniveau in Richtung Atmosphäre beschleunigt werden. Bei der Untersuchung der Daten von Juno beobachtete das JHUAPL-Team Signaturen von Elektronen, die auf Energieniveaus von bis zu 400.000 Elektronenvolt in Richtung der Jupiteratmosphäre beschleunigt wurden.
Dies ist etwa 10 bis 30 Mal höher als hier auf der Erde, wo typischerweise nur einige Tausend Volt benötigt werden, um die intensivste Polarlichter zu erzeugen. Angesichts der Tatsache, dass Jupiter die stärksten Polarlichter im Sonnensystem hat, war das Team nicht überrascht, so starke Kräfte in der Atmosphäre des Planeten wirken zu sehen. Überraschend war jedoch, dass dies nicht die Quelle der intensivsten Polarlichter war.
Wie Dr. Mauk, der das Untersuchungsteam für das von APL gebaute JEDI-Instrument leitet und der Hauptautor der Studie war, in einem JHUAPL . erklärte Pressemitteilung :
„Bei Jupiter werden die hellsten Polarlichter durch einen turbulenten Beschleunigungsprozess verursacht, den wir nicht sehr gut verstehen. Es gibt Hinweise in unseren neuesten Daten, die darauf hindeuten, dass mit zunehmender Leistungsdichte der Polarlicht-Generation der Prozess instabil wird und ein neuer Beschleunigungsprozess übernimmt. Aber wir müssen uns die Daten weiter anschauen.“
Bild zusammengestellt mit Daten von Junos Ultraviolet Spectrograph, der den Weg von Junos Messungen der Jupiter-Auroren markiert. Bildnachweis: NASA/SwRI/Randy Gladstone
Diese Ergebnisse könnten erhebliche Auswirkungen auf die Erforschung von Jupiter haben, dessen Zusammensetzung und atmosphärische Dynamik weiterhin eine Quelle des Mysteriums sind. Es hat auch Auswirkungen auf das Studium von extrasolaren Gasriesen und Planetensystemen. In den letzten Jahrzehnten hat die Untersuchung dieser Systeme Hunderte von Gasriesen enthüllt, deren Größe von Neptun-ähnlich bis zu einem Vielfachen der Größe von Jupiter (auch bekannt als „Super-Jupiters“) reicht.
Diese Gasriesen haben auch erhebliche Variationen in der Umlaufbahn gezeigt, die von sehr nahe an ihren jeweiligen Sonnen bis sehr weit reichen (d. h. „Hot Jupiters“ bis „Cold Gas Giants“). Durch die Untersuchung der Fähigkeit von Jupiter, geladene Teilchen zu beschleunigen, werden Astronomen in der Lage sein, fundiertere Vermutungen über das Weltraumwetter, die Strahlungsumgebungen und die Risiken anzustellen, die sie für Weltraummissionen darstellen.
Dies wird sich als nützlich erweisen, wenn es an der Zeit ist, zukünftige Missionen zum Jupiter sowie zum Weltraum und vielleicht sogar zum interstellaren Raum zu starten. Wie Mauk erklärte:
„Die höchsten Energien, die wir in den Polarlichtregionen des Jupiter beobachten, sind beeindruckend. Diese energetischen Teilchen, die die Polarlichter erzeugen, sind Teil der Geschichte beim Verständnis der Strahlungsgürtel des Jupiter, die eine solche Herausforderung für Juno und die kommenden Raumsondenmissionen zum Jupiter in der Entwicklung darstellen. Ingenieure um die schwächenden Auswirkungen von Strahlung herum waren schon immer eine Herausforderung für die Ingenieure von Raumfahrzeugen für Missionen auf der Erde und anderswo im Sonnensystem. Was wir hier und von Raumfahrzeugen wie der der NASA lernen Van-Allen-Sonden und MMS die die Magnetosphäre der Erde erforschen, wird uns viel über das Weltraumwetter und den Schutz von Raumfahrzeugen und Astronauten in rauen Weltraumumgebungen lehren. Der Vergleich der Prozesse auf Jupiter und der Erde ist unglaublich wertvoll, um unsere Vorstellungen von der Funktionsweise der Planetenphysik zu testen.“
Vor demJunoMission abgeschlossen sein soll (im Februar 2018), wird die Sonde wahrscheinlich viele Dinge über die Zusammensetzung des Planeten, das Schwerefeld, das Magnetfeld und die polare Magnetosphäre enthüllen. Dabei werden langjährige Mysterien über die Entstehung und Entwicklung des Planeten aufgegriffen, die auch Aufschluss über die Geschichte des Sonnensystems und der extrasolaren Systeme geben.
