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JUNO
Der Polarlichtschweif des Jupitermonds Io
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Köln
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6. Juli 2018

Manche Himmelskörper beeinflussen sich nicht nur gegenseitig durch ihre Schwerkraft, sondern können auch elektromagnetisch miteinander wechselwirken. Ein Paradebeispiel für diese elektromagnetische Kopplung in unserem Sonnensystem ist Jupiter und sein Mond Io. Daten der NASA-Sonde Juno lieferten nun neue Erkenntnisse über die dadurch entstehenden Phänomene.

Jupiter

Blick der Sonde Juno auf Jupiter und die Monde Io und Europa (links). Bild: NASA/JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Roman Tkachenko  [Großansicht]

Der NASA-Raumsonde Juno, die seit Juli 2016 im Orbit um Jupiter ist, hat Daten über die elektromagnetische Kopplung zwischen Io und Jupiter in bisher unbekannter Detailtreue geliefert: Sie beobachtete im Polarlicht chweif von Io Leuchtpunkte, die mit schlierenartigen Strukturen verbunden sind. Diese Strukturen erinnern an sogenannte Kármánsche Wirbelstraßen, die man aus der Umströmung von Hindernissen in Windkanälen kennt.

Der Jupitermond Io generiert magneto-hydrodynamische Wellen, die ähnlich wie Kanalwellen nur in eine Richtung laufen, in diesem Fall entlang eines Magnetfeldes. Da der Mond Io sich im Einflussbereich des gigantischen Magnetfeldes von Jupiter bewegt, laufen die von Io erzeugten magneto-hydrodynamischen Wellen entlang des Jupitermagnetfeldes zu Jupiter hin. Sie treffen dort in der nördlichen und südlichen Polarregion von Jupiter auf. An den Stellen des Auftreffens erzeugen sie intensive Polarlicht-Leuchtflecke, die auch Polarlicht-Fußpunkte der Monde genannt werden. Man bräuchte ca. 1000 irdische Kraftwerke, um die Leuchtkraft der Polarlicht-Fußpunkte von Io zu erzeugen.

Auch Jupiters Monde Europa und Ganymed erzeugen ähnliche Polarlicht-Fußpunkte. Die Polarlicht-Fußpunkte, insbesondere die von Io, haben zudem einen sehr langen Polarlicht-Schweif. Dieser entsteht aufgrund der Bewegung von Io im Magnetfeld von Jupiter, wodurch die von Io generierten und an Jupiter reflektierten magneto-hydrodynamischen Wellen stromabwärts vom Mond getragen werden.

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Ios Polarlicht-Schweif wurde nun mit der Infrarot-Kamera der NASA-Raumsonde Juno mit bisher unerreichter Auflösung beobachtet. Die Juno-Messungen haben dabei zum ersten Mal eine erstaunlich detaillierte Struktur des Polarlicht-Schweifs beobachtet. "Der Schweif besteht aus vielen gegeneinander versetzten Leuchtpunkten, die mit schlierenartigen Strukturen verbunden sind", so Professor Dr. Joachim Saur vom Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität Köln. "Diese Strukturen rühren vermutlich von einem viel komplexeren Reflexionsverhalten der magneto-hydrodynamischen Wellen her als bisher angenommen wurden."

Die neuen Beobachtungen der Effekte von elektromagnetischer Kopplung zwischen zwei Himmelskörpern ist insbesondere auch für extrasolare Planeten relevant. Viele der bekannten Exoplaneten umkreisen ihren zentralen Stern in großer Nähe und können daher auch elektromagnetisch mit dem Stern wechselwirken. Dies führt zu einem Polarlicht-Fußpunkt des Exoplaneten in der Atmosphäre des Sterns. Allerdings kann in diesen Systemen wegen der großen Distanz von der Erde das Fußpunkt-Leuchten nicht räumlich aufgelöst werden.

"Der Jupitermond Io ist mit seinen Polarlicht-Fußpunkten und seinem dazugehörigen Schweif deswegen das Musterbeispiel, an dem die Forschung der elektromagnetischen Kopplung zweier Himmelskörper vorangetrieben wird", erklärt Saur, der sich mit seiner Arbeitsgruppe seit vielen Jahren mit diesen Kopplungen beschäftigt. Durch ihre Erforschung der elektromagnetischen Phänomene der Monde von Gasplaneten haben sie beispielsweise zum Nachweis von flüssigem Wasser unter der Oberfläche des Jupitermondes Ganymed und der Existenz von Wasserdampf-Geysiren auf dem Saturnmond Enceladus beigetragen.

Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel in der Zeitschrift Science.

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