Das dynamische Duo: Jupiters unabhängig pulsierende Röntgenauroras

Röntgenauroras an Jupiters Nord- und Südpol. (Credits: X-ray: NASA / CXC / UCL / W.Dunn et al.; Optical: South Pole: Credits: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran; North Pole Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS)
Röntgenauroras an Jupiters Nord- und Südpol. (Credits: X-ray: NASA / CXC / UCL / W.Dunn et al.; Optical: South Pole: Credits: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran; North Pole Credit: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS)

Jupiters intensive Nord- und Südlichter – Auroras genannt – verhalten sich unabhängig voneinander. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie, die auf Daten der Weltraumobservatorien Chandra und XMM-Newton zurückgreift. Mit Daten von XMM-Newton und Chandra-Beobachtungen vom März 2007 und Mai sowie Juni 2016 erstellte ein Forschungsteam Karten der Röntgenemissionen Jupiters und identifizierte einen Röntgen-Hotspot an jedem Pol. Jeder Hotspot kann ein Gebiet umfassen, dessen Größe ungefähr der halben Erdoberfläche entspricht.

Das Team stellte fest, dass die Hotspots sehr unterschiedliche Charakteristika aufwiesen. Die Röntgenemissionen an Jupiters Südpol pulsierten konstant alle elf Minuten, aber die Röntgenemissionen an seinem Nordpol waren unregelmäßig mit ansteigender und abfallender Helligkeit – anscheinend unabhängig von den Emissionen am Südpol.

Das macht Jupiter besonders rätselhaft. Röntgenauroras wurden auf den anderen Gasplaneten des Sonnensystems bisher nicht registriert, Saturn eingeschlossen. Jupiter ist aber auch nicht so wie die Erde, wo die Auroras an den Nord- und Südpolen unseres Planeten sich normalerweise gegenseitig spiegeln, weil die Magnetfelder ähnlich sind.

Um zu verstehen, wie Jupiter seine Röntgenauroras produziert, plant das Forschungsteam neue und kommende Röntgendaten von Chandra und XMM-Newton mit Informationen der NASA-Mission Juno zu kombinieren, die sich derzeit im Orbit um den Planeten befindet. Wenn die Wissenschaftler die Röntgenaktivität mit physikalischen Veränderungen in Zusammenhang setzen können, die gleichzeitig mit Juno beobachtet wurden, dann könnten sie in der Lage sein, den Prozess zu bestimmen, der die Jupiter-Auroras und damit auch die Röntgenauroras auf anderen Planeten erzeugt.

Die Röntgenbeobachtungen und Juno-Daten könnten dabei helfen, die Theorie zu bestätigen oder zu widerlegen, laut der Jupiters Röntgenauroras durch Wechselwirkungen an der Grenze zwischen Jupiters Magnetfeld (erzeugt von elektrischen Strömen im Planeteninneren) und dem Sonnenwind (einem Strom aus schnellen Teilchen von der Sonne) entstehen.

Die Interaktionen zwischen dem Sonnenwind und Jupiters Magnetfeld können letzteres vibrieren lassen und magnetische Wellen erzeugen. Geladene Teilchen können auf diesen Wellen "surfen" und Energie aufnehmen. Kollisionen dieser Teilchen mit Jupiters Atmosphäre produzieren die von Chandra und XMM-Newton beobachteten hellen Röntgenblitze. Innerhalb dieser Theorie würde das elfminütige Intervall dann die Zeitspanne repräsentieren, die eine Welle für die Reise entlang einer von Jupiters Magnetfeldlinien benötigt.

Die Verhaltensunterschiede zwischen den Nord- und Südpolen Jupiters könnten durch Unterschiede in der Sichtbarkeit der beiden Pole verursacht werden. Weil das Magnetfeld Jupiters geneigt ist, können wir viel mehr von der nördlichen Aurora sehen als von der südlichen. Daher könnten wir am Nordpol Regionen beobachten, wo sich das Magnetfeld mit mehr als einem Ort und mit verschiedenen Reisezeiten verbindet. Im Gegensatz dazu könnten wir am Südpol nur Regionen sehen, wo sich das Magnetfeld mit einem Ort verbindet. Das würde dazu führen, dass das Verhalten am Nordpol verglichen mit dem am Südpol unregelmäßig erscheint.

Eine größere Frage ist, wie Jupiter den Teilchen in seiner Magnetosphäre (der von Jupiters Magnetfeld kontrollierten Region) die riesigen Energiemengen gibt, die für die Erzeugung von Röntgenstrahlung erforderlich sind. Ein Teil der von Chandra beobachteten Röntgenemissionen kann nur produziert werden, wenn Jupiter Sauerstoffionen auf so hohe Energien beschleunigt, dass bei der Kollision mit der Atmosphäre alle ihre acht Elektronen herausgerissen werden. Die Wissenschaftler hoffen festzustellen, welchen Einfluss diese Teilchen, die mit tausenden Kilometern pro Sekunde auf die Pole des Planeten prallen, auf Jupiter selbst haben.

Beeinflussen diese hochenergetischen Teilchen das Wetter auf Jupiter und die chemische Zusammensetzung seiner Atmosphäre? Können sie die anomal hohen Temperaturen an bestimmten Orten in seiner Atmosphäre erklären? Dies sind die Fragen, bei deren Beantwortung Chandra, XMM-Newton und Juno in Zukunft helfen könnten.

Eine von William Dunn (University College London) geleitete Abhandlung, die diese Ergebnisse beschreibt, erschien am 30. Oktober 2017 im Journal Nature Astronomy. Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) leitet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate der Agentur in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (Massachusetts) steuert Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen.

Quelle

(THK)

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