Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat neue Details der Polarlichter auf dem größten Planeten unseres Sonnensystems eingefangen. Die auf Jupiter beobachteten tanzenden Lichter sind hundertmal heller als die auf der Erde. Dank Webbs hoher 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 Atomen oder Gasmolekülen kollidieren. Auf der Erde sind diese Polarlichter als Nord- und Südlichter bekannt. Die Polarlichter auf Jupiter sind nicht nur riesig, sondern auch hundertmal energiereicher als die in der Erdatmosphäre. Die Polarlichter der Erde entstehen durch Sonnenstürme – wenn geladene Teilchen von der Sonne auf die obere Atmosphäre niedergehen, Gase mit Energie versorgen und sie in Rot-, Grün- und Violetttönen leuchten lassen.
Foto A: Nahaufnahme der Beobachtungen der Polarlichter des Jupiters
NASA, ESA, CSA, Jonathan Nichols (Universität Leicester), Mahdi Zamani (ESA/Webb)
Jupiter hat eine weitere 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 umkreisenden Mond Io, bekannt für seine zahlreichen und großen Vulkane, ins All geschleudert werden. Ios Vulkane spucken Teilchen aus, die der Schwerkraft des Mondes entkommen und Jupiter umkreisen. Auch eine Flut geladener Teilchen, die von der Sonne freigesetzt wird, erreicht den Planeten. Jupiters großes und starkes Magnetfeld fängt alle geladenen Teilchen ein und beschleunigt sie auf enorme Geschwindigkeiten. Diese schnellen Teilchen treffen mit hohen Energien auf die Atmosphäre des Planeten, wodurch das Gas angeregt und zum Leuchten gebracht wird.
Die einzigartigen Fähigkeiten des Webb-Teleskops liefern nun neue Einblicke in die Polarlichter des Jupiters. Die hohe Empfindlichkeit des Teleskops ermöglicht es Astronomen, schnell variierende Polarlichtmerkmale zu erfassen. Neue Daten wurden am 25. Dezember 2023 mit Webbs NIRCam (Nahinfrarotkamera) von einem Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Jonathan Nichols von der Universität Leicester im Vereinigten Königreich erfasst.
„Was für ein Weihnachtsgeschenk! Ich war einfach hin und weg!“, erzählte Nichols. „Wir wollten sehen, wie schnell sich die Polarlichter verändern, und erwarteten, dass sie langsam, vielleicht über eine Viertelstunde, auf- und abschwellen würden. Stattdessen beobachteten wir, wie die gesamte Polarlichtregion vor Licht sprühte und knallte, manchmal sogar sekundenschnell.“
Das Team untersuchte insbesondere die Emission des Trihydrogenkations (H3+), das in Polarlichtern entstehen kann. Es stellte fest, daß diese Emission weitaus variabler ist als bisher angenommen. Die Beobachtungen werden dazu beitragen, das Verständnis der Erwärmung und Abkühlung der oberen Atmosphäre des Jupiters zu vertiefen.
Das Team entdeckte in seinen Daten außerdem einige ungeklärte Beobachtungen.
„Was diese Beobachtungen noch spezieller machte, war die Tatsache, daß wir gleichzeitig mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA Bilder im Ultraviolettbereich machten“, fügte Nichols hinzu. „Seltsamerweise gab es für das hellste von Webb beobachtete Licht kein reales Gegenstück in Hubbles Bildern. Das hat uns vor Rätsel gestellt. Um die von Webb und Hubble beobachtete Helligkeitskombination zu erzeugen, bedarf es einer Kombination großer Mengen sehr energiearmer Teilchen, die auf die Atmosphäre treffen, was bisher für unmöglich gehalten wurde. Wir verstehen immer noch nicht, wie das passiert.“