Webb enthüllt Details und Geheimnisse in Jupiters Polarlicht

Das James-Webb-Welt­raum­te­le­skop von NASA/ESA/CSA hat neue Details der Polar­lich­ter auf dem größ­ten Pla­ne­ten unse­res Son­nen­sys­tems ein­ge­fan­gen. Die auf dem Jupi­ter beob­ach­te­ten tan­zen­den Lich­ter sind hun­dert­mal hel­ler als die auf der Erde. Dank Webbs erhöh­ter Emp­find­lich­keit konn­ten Astro­no­men die Phä­no­me­ne unter­su­chen, um Jupi­ters Magne­to­sphä­re bes­ser zu verstehen.

Polar­lich­ter ent­ste­hen, wenn hoch­en­er­ge­ti­sche Teil­chen in die Atmo­sphä­re eines Pla­ne­ten in der Nähe sei­ner Magnet­po­le ein­tre­ten und mit Gas­ato­men kol­li­die­ren. Die Polar­lich­ter des Jupi­ters sind nicht nur rie­sig, son­dern auch hun­dert­mal ener­gie­rei­cher als Polar­lich­ter auf der Erde. Hier ent­ste­hen Polar­lich­ter durch Son­nen­stür­me – wenn gela­de­ne Teil­chen auf die obe­re Atmo­sphä­re nie­der­ge­hen, Gase anre­gen und sie in den Far­ben Rot, Grün und Vio­lett leuch­ten las­sen. Jupi­ter hin­ge­gen hat eine zusätz­li­che Quel­le für sei­ne Polar­lich­ter: Das star­ke Magnet­feld des Gas­rie­sen fängt gela­de­ne Teil­chen aus sei­ner Umge­bung ein. Dazu gehö­ren nicht nur die gela­de­nen Teil­chen des Son­nen­winds, son­dern auch die Teil­chen, die von sei­nem Mond Io, der für sei­ne zahl­rei­chen und gro­ßen Vul­ka­ne bekannt ist, ins All geschleu­dert wer­den. Ios Vul­ka­ne spu­cken Teil­chen aus, die bemer­kens­wer­ter­wei­se der Schwer­kraft des Mon­des ent­kom­men und Jupi­ter umkrei­sen. Auch eine Flut gela­de­ner Teil­chen, die von der Son­ne wäh­rend Son­nen­stür­men frei­ge­setzt wird, erreicht den Pla­ne­ten. Jupi­ters gro­ßes und star­kes Magnet­feld fängt gela­de­ne Teil­chen ein und beschleu­nigt sie auf enor­me Geschwin­dig­kei­ten. Die­se schnel­len Par­ti­kel tref­fen mit hoher Ener­gie auf die Atmo­sphä­re des Pla­ne­ten, wodurch das Gas zum Leuch­ten ange­regt wird.

Nun lie­fern Webbs ein­zig­ar­ti­ge Fähig­kei­ten neue Ein­bli­cke in die Polar­lich­ter des Jupi­ters. Die Emp­find­lich­keit des Tele­skops ermög­licht es Astro­no­men, die Belich­tungs­zeit zu erhö­hen, um schnell wech­seln­de Polar­licht­merk­ma­le ein­zu­fan­gen. Neue Daten wur­den am Weih­nachts­tag 2023 von einem Wis­sen­schaft­ler­team unter der Lei­tung von Jona­than Nichols von der Uni­ver­si­ty of Lei­ces­ter im Ver­ei­nig­ten König­reich mit Webbs Nahin­fra­rot­ka­me­ra (NIR­Cam) erfasst.

„Was für ein Weih­nachts­ge­schenk! Ich war ein­fach hin und weg!“, erzähl­te Nichols . „Wir woll­ten sehen, wie schnell sich die Polar­lich­ter ver­än­dern und erwar­te­ten ein lang­sa­mes Auf und Ab, viel­leicht über eine Vier­tel­stun­de oder so. Statt­des­sen beob­ach­te­ten wir, wie die gesam­te Polar­licht­re­gi­on zischend und knal­lend auf­leuch­te­te, was sich manch­mal im Sekun­den­takt änderte.“

Die Daten des Teams zeig­ten, dass die Emis­si­on des Tri­was­ser­stof­fi­ons (H3+) deut­lich varia­bler ist als bis­her ange­nom­men. Die Beob­ach­tun­gen wer­den dazu bei­tra­gen, das Ver­ständ­nis der Erwär­mung und Abküh­lung der obe­ren Atmo­sphä­re des Jupi­ters zu ver­bes­sern. Das Team ent­deck­te auch eini­ge uner­klär­li­che Beob­ach­tun­gen in sei­nen Daten.

„Das Beson­de­re an die­sen Beob­ach­tun­gen ist, dass wir gleich­zei­tig mit dem NASA/E­SA-Welt­raum­te­le­skop Hub­ble Bil­der im Ultra­vio­let­ten auf­ge­nom­men haben“, so Nichols wei­ter. „Selt­sa­mer­wei­se gab es für das hells­te von Webb beob­ach­te­te Licht kein rea­les Gegen­stück in Hub­bles Bil­dern. Das hat uns vor ein Rät­sel gestellt. Um die von Webb und Hub­ble beob­ach­te­te Hel­lig­keits­kom­bi­na­ti­on zu erzeu­gen, bedarf es einer schein­bar unmög­li­chen Kom­bi­na­ti­on gro­ßer Men­gen sehr ener­gie­ar­mer Teil­chen, die auf die Atmo­sphä­re tref­fen – wie ein Nie­sel­re­gen! Wir ver­ste­hen immer noch nicht, wie das passiert.“ 

Das Team plant nun, die­se Dis­kre­panz zwi­schen den Hub­ble- und Webb-Daten zu unter­su­chen und die wei­te­ren Aus­wir­kun­gen auf die Atmo­sphä­re und die Welt­raum­um­ge­bung des Jupi­ters zu erfor­schen. Dar­über hin­aus wol­len sie die­se For­schungs­ar­bei­ten mit wei­te­ren Webb-Beob­ach­tun­gen fort­set­zen, die sie mit Daten der NASA-Raum­son­de Juno ver­glei­chen kön­nen, um die Ursa­che der rät­sel­haf­ten hel­len Emis­si­on bes­ser zu ergrün­den. Die­se Erkennt­nis­se könn­ten auch dem Jupi­ter Icy Moons Explo­rer der Euro­päi­schen Welt­raum­or­ga­ni­sa­ti­on (ESA) namens Juice von Nut­zen sein , der auf dem Weg zum Jupi­ter ist, um detail­lier­te Beob­ach­tun­gen des rie­si­gen Gas­pla­ne­ten und sei­ner drei gro­ßen oze­an­hal­ti­gen Mon­de Gany­med, Kal­lis­to und Euro­pa durch­zu­füh­ren. Juice wird die Polar­lich­ter des Jupi­ters mit sie­ben ein­zig­ar­ti­gen wis­sen­schaft­li­chen Instru­men­ten, dar­un­ter zwei Bild­ge­bern, unter­su­chen. Die­se Mes­sun­gen aus nächs­ter Nähe wer­den uns hel­fen zu ver­ste­hen, wie das Magnet­feld und die Atmo­sphä­re des Pla­ne­ten zusam­men­wir­ken und wel­che Aus­wir­kun­gen die gela­de­nen Teil­chen von Io und den ande­ren Mon­den auf die Jupi­ter­at­mo­sphä­re haben.

Die­se Ergeb­nis­se wur­den aus Daten des Webb-Beob­ach­tungs­pro­gramms für den Zyklus 2 (Nr. 4566) und des Hub­ble-Beob­ach­tungs­pro­gramms (Nr. 17471) gewon­nen. Die Ergeb­nis­se wur­den ges­tern in Natu­re Com­mu­ni­ca­ti­ons veröffentlicht.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größ­te und leis­tungs­stärks­te Tele­skop, das jemals ins All gebracht wur­de. Im Rah­men eines inter­na­tio­na­len Koope­ra­ti­ons­ab­kom­mens stell­te die ESA den Start­dienst für das Tele­skop mit der Trä­ger­ra­ke­te Aria­ne 5 bereit. In Zusam­men­ar­beit mit ihren Part­nern war die ESA für die Ent­wick­lung und Qua­li­fi­zie­rung der Aria­ne-5-Anpas­sun­gen für die Webb-Mis­si­on sowie für die Beschaf­fung des Start­ser­vices durch Aria­nespace ver­ant­wort­lich. Die ESA stell­te auch das Arbeits­pferd, den Spek­tro­gra­phen NIR­Spec, und 50 % des Instru­ments für das mitt­le­re Infra­rot (MIRI) zur Ver­fü­gung, das von einem Kon­sor­ti­um natio­nal finan­zier­ter euro­päi­scher Insti­tu­te (dem MIRI Euro­pean Con­sor­ti­um) in Zusam­men­ar­beit mit dem JPL und der Uni­ver­si­tät von Ari­zo­na ent­wi­ckelt und gebaut wurde.

Webb ist eine inter­na­tio­na­le Part­ner­schaft zwi­schen NASA, ESA und der Cana­di­an Space Agen­cy (CSA).

Bild­nach­weis: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Nichols (Uni­ver­si­tät Lei­ces­ter), M. Zama­ni (ESA/Webb)

Links

• Wis­sen­schaft­li­ches Paper
• Ver­öf­fent­li­chung auf der ESA-Website
• Ver­öf­fent­li­chung auf der NASA-Website
• Ver­öf­fent­li­chung auf der STScI-Website

Link zur ESA-Pres­se­mit­tei­lung weic2510