Jupiters Polarlichter werden durch Wechselströme erzeugt

Einem internationalen Team von Forschern und Forscherinnen ist es gelungen, das Stromsystem, das für die Polarlichter auf Jupiter verantwortlich ist, zu vermessen. Mit Hilfe von Daten, die die NASA-Raumsonde Juno zur Erde schickte, zeigten sie, dass die Gleichströme viel schwächer waren als erwartet und deshalb die Wechselströme eine besondere Rolle spielen müssen. Auf der Erde hingegen ist es ein Gleichstromsystem, das für die polare Beleuchtung sorgt. Die Stromsysteme des Gasgiganten werden insbesondere durch die großen Fliehkräfte in Gang gehalten, die ionisiertes Schwefeldioxidgas von seinem Mond Io durch die Magnetosphäre schleudern.

Beteiligt am Projekt war Joachim Saur vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln. Der Artikel ,,Birkeland currents in Jupiter’s magnetosphere observed by the polar-orbiting Juno spacecraft" ist in der aktuellen Ausgabe von Nature Astronomy veröffentlicht.

Jupiter, der größte Planet des Sonnensystems, besitzt die hellsten Polarlichter mit einer Strahlungsleistung von 100 Terawatt (100.000.000.000 Kilowatt = Hundert Milliarden KW). Man bräuchte 100.000 irdische Kraftwerke, um dieses Leuchten zu erzeugen. Die Polarlichter manifestieren sich ähnlich wie bei der Erde in zwei riesigen ovalen Ringen um die Pole. Die Polarlichter werden angetrieben durch ein gigantisches elektrisches Stromsystem, das die Polarlichtregion mit der Jupitermagnetosphäre verbindet. Die Magnetosphäre ist die Region um einen Planeten, die von dessen Magnetfeld beeinflusst wird. Die elektrischen Ströme verlaufen größtenteils entlang Jupiters Magnetfeldlinen, welche auch als Birkelandströme oder englisch ,,Birkeland currents" bezeichnet werden.

Die NASA Raumsonde Juno befindet sich seit Juli 2017 in einem polaren Orbit um Jupiter mit dem Ziel, das Innere und die Polarlichter von Jupiter besser zu verstehen. Juno hat nun zum ersten Mal unter Beteiligung von Joachim Saur das zu den Polarlichtern gehörige elektrische Gleichstromsystem bestimmt. Dazu wurde die Magnetfeldumgebung von Jupiter hoch genau vermessen, um die elektrischen Ströme abzuleiten. Der Gesamtstrom beläuft sich auf ungefähr. 50 Million Ampere. Dieser Wert liegt allerdings deutlich unter den im Vorfeld theoretisch erwarteten Werten. Der Grund für diese Abweichung sind kleinräumige, turbulente Wechselströme (im Fachjargon Alfven-Wellen-Ströme genannt), die bisher wenig beachtet wurden. ,,Diese Beobachtungen in Kombination mit anderen Messungen der Juno Raumsonde zeigen, dass die Wechselströme für die Erzeugung der Polarlichter von Jupiter eine deutlich größere Rolle als das Gleichstromsystem spielen", erläutert Joachim Saur, der schon seit ungefähr 15 Jahren an den turbulenten Wechselströmen arbeitet und deren Wichtigkeit betonte. Jupiters Polarlichter unterscheiden sich daher auch von denen der Erde, die im Wesentlichen durch Gleichströme erzeugt werden. Die irdischen Polarlichter leuchten ungefähr tausendmal schwächer, da die Erde kleiner ist als Jupiter, ein schwächeres Magnetfeld besitzt und zudem langsamer rotiert.

,,Jupiters Stromsysteme werden durch die enormen Fliehkräfte in Jupiters schnell rotierender Magnetosphäre getrieben", erklärt Saur. Der vulkanisch aktive Jupitermond Io produziert eine Tonne von Schwefeldioxidgas pro Sekunde, welches ionisiert in Jupiters Magnetosphäre gelangt. ,,Wegen Jupiters schneller Rotation - ein Tag auf Jupiter dauert nur zehn Stunden - wird das Gas gegen Jupiters Magnetfeld durch die Fliehkräfte von Jupiter wegbewegt, wodurch die elektrischen Ströme generiert werden", sagt der Geophysiker.