Wechselströme erzeugen Jupiters Polarlichter

Das Stromsystem, das für die Polarlichter des Planeten Jupiter verantwortlich ist, hat jetzt ein internationales Forscherteam mithilfe der US-amerikanischen Raumsonde Juno vermessen. Die Daten zeigen, dass die Gleichströme viel schwächer sind 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 Schwefeldioxid vom Mond Io durch die Magnetosphäre schleudert.

Jupiter besitzt die hellsten Polarlichter im Sonnensystem mit einer Strahlungs­leistung von hundert Terawatt. Die Polarlichter manifestieren sich ähnlich wie bei der Erde in zwei großen ovalen Ringen um die Pole. Die Polarlichter werden angetrieben durch ein gigantisches elektrisches Stromsystem, das die Polarlicht­region mit der Jupiter­magneto­sphäre verbindet. Die elektrischen Ströme verlaufen größtenteils entlang Jupiters Magnetfeld­linien.

Die 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 das zu den Polarlichtern gehörige elektrische Gleichstrom­system bestimmt. Dazu wurde die Magnetfeld­umgebung von Jupiter genau vermessen, um die elektrischen Ströme abzuleiten. Der Gesamtstrom beläuft sich auf ungefähr fünfzig Million Ampere. Dieser Wert liegt allerdings deutlich unter den im Vorfeld theoretisch erwarteten Werten. Der Grund für diese Abweichung sind kleinräumige, turbulente Wechselströme, 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 von der Uni Köln, der schon seit ungefähr 15 Jahren an den turbulenten Wechselströmen arbeitet und an der Untersuchung beteiligt war. 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 Schwefeldioxid pro Sekunde, welches ionisiert in Jupiters Magnetosphäre gelangt. „Wegen Jupiters schneller Rotation wird das Gas gegen Jupiters Magnetfeld durch die Fliehkräfte von Jupiter wegbewegt, wodurch die elektrischen Ströme induziert werden.“

U. Köln / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. Kotsiaros et al.: Birkeland currents in Jupiter’s magnetosphere observed by the polar-orbiting Juno spacecraft, Nat. Astron., online 8. Juli 2019; DOI: 10.1038/s41550-019-0819-7
• Space and Planets (J. Saur), Institut für Geophysik und Meteorologie, Universität zu Köln
• Mission Juno, National Aeronautics and Space Administration, USA