Jupiter – Magnetfeld

Jupiters Magnetosphäre, also der Raum, den sein Magnetfeld einnimmt, ist nach der Sonnenmagnetosphäre das zweitgrößte messbare Objekt im Sonnensystem. Wie bei jedem planetaren Magnetfeld erzeugt der Sonnenwind eine Stoßfront, was zur Folge hat, dass die Magnetosphäre auf der sonnenabgewandten Seite des Planeten wesentlich umfangreicher ist als auf der sonnenzugewandten Seite. Im Fall von Jupiter ergibt sich ein gewaltiger Unterschied: Auf der sonnenzugewandten Seite reicht seine Magnetosphäre bis zu sieben Millionen Kilometer in den Weltraum hinaus, was an sich schon beeindruckend ist, wenn man bedenkt, dass die Sonne einen Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometern hat.

Aber auf der sonnenabgewandten Seite erstreckt sich die Magnetosphäre des Gasriesen bis zu 700 Millionen Kilometer in den Weltraum, was bedeutet, dass sie noch über die Saturnbahn hinausreicht. Dort kann sie allerdings nur noch von den empfindlichsten Instrumenten registriert werden. Das Magnetfeld von Jupiter bringt es mit 1.200 Mikrotesla auf die 20-fache Stärke des irdischen Magnetfeldes, welches bis zu 60 Mikrotesla stark ist. Eine Besonderheit liegt in der entgegengesetzten Polung von Jupiters Magnetfeld, das heißt, der magnetische Nordpol liegt in der Umgebung des geographischen Südpols.

Der innere Bereich von Jupiters Magnetosphäre (Courtesy of NASA / JPL / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)
Der innere Bereich von Jupiters Magnetosphäre (Courtesy of NASA / JPL / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)

Oben: Eine schematische Darstellung des inneren Bereichs von Jupiters Magnetosphäre, basierend auf Daten, die ein Spezialinstrument an Bord der Raumsonde Cassini während des Flyby-Manövers an Jupiter machte. Die Entfernung zu Jupiter betrug zum Zeitpunkt der Aufnahme zehn Millionen Kilometer. Die eigentliche Planetenscheibe ist hier schwarz eingefärbt. Von ihr ausgehend sieht man die magnetischen Feldlinien, die sich weit hinaus in den Weltraum erstrecken. Außerdem ist der sogenannte Io-Torus skizziert. Dabei handelt es sich um einen Donut-förmigen Ring aus elektrisch aufgeladenen Schwefelatomen, deren Ursprungsort der Mond Io ist. Sie entstehen dort durch die starke vulkanische Aktivität des Trabanten und bewegen sich im selben Orbit wie Io selbst, woraus sich schließlich ein Torus um den Jupiter herum bildete.

Ausschnitt von Jupiters Magnetosphäre und deren Wechselwirkungen mit Io und Europa (Courtesy of NASA / JPL / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)
Ausschnitt von Jupiters Magnetosphäre und deren Wechselwirkungen mit Io und Europa (Courtesy of NASA / JPL / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)

Oben: Von Cassini stammt auch der obige Querschnitt durch den inneren Bereich der Jupiter- Magnetosphäre. Der Io-Torus, beziehungsweise ein Ausschnitt von ihm, ist hier in grün eingezeichnet. Kürzlich wurde ein weiterer Torus-Ring entdeckt, der aus Wassermolekülen und elektrisch neutralen Gasteilchen besteht und dem Mond Europa zugeordnet wird (hier blau eingefärbt). In dem rötlich markierte Raumausschnitt halten sich ionisierte Teilchen auf, die vom Magnetfeld dort gefangen gehalten werden. Mit den Van-Allen-Gürteln besitzt die Erde eine vergleichbare Region in ihrer Magnetosphäre, deren Intensität aber logischerweise viel schwächer ist. Wechselwirkungen in der Grenzregion zwischen den ionisierten Teilchen und den elektrisch neutralen Teilchen des Europa-Torus erzeugen energetisch neutrale Atome in Jupiters Magnetosphäre (in der Skizze als ENA bezeichnet).

Wie bereits erwähnt, übt der Sonnenwind großen Einfluss auf die Ausdehnung und Form von Jupiters Magnetosphäre aus. Je nach Intensität des Sonnenwindes wird die Magnetospähre mehr oder weniger stark gestaucht. Trotzdem lässt sie sich grob in drei Bereiche einteilen:

Der innere Teil der Magnetosphäre
Er ist nahezu ringförmig und umfasst den Bereich bis 20 Jupiterradien vom Planeten aus gesehen. Innerhalb dieses Bereichs lassen sich mehrere Gebiete unterscheiden, die von unterschiedlich geladenen Teilchen dominiert werden, beispielsweise der Io-Torus und der Europa-Torus.

Der mittlere Teil der Magnetosphäre
Er beginnt bei etwa 20 Jupiterradien und reicht bis in eine Entfernung von circa 50 Jupiterradien. Er zeichnet sich durch eine abgeflachte, scheibenförmige Struktur aus, deren Ursache die extrem schnelle Rotationsperiode des Gasriesen und die damit verbundene starke Zentrifugalkraft ist.

Der äußere Teil der Magnetosphäre
Dieser Teil zeigt die größten Formveränderungen, bedingt durch die Interaktionen mit dem energiereichen Sonnenwind, der zuerst auf die äußersten Regionen der Magnetosphäre trifft.

Es gilt als gesichert, dass die Ursache des Magnetfeldes in der Schicht aus metallischem Wasserstoff in Kombination mit der schnellen Rotation des Planeten zu finden ist.