Wissenschaftler haben herausgefunden, dass im Plasma an der Grenze der Magnetosphäre des Jupiter riesige Wellen wirbeln.
Daten von Juno deuten darauf hin, dass die Jupitersonde während ihrer Umlaufbahn um den Riesenplaneten regelmäßig und für das bloße Auge unsichtbar durch diese Wellen taucht. Die Entdeckung hilft Astronomen zu verstehen, wie Masse und Energie vom Sonnenwind auf die Planetenumgebung des Jupiter übertragen werden.
Tatsächlich sind solche Wellen im Sonnensystem nicht unbekannt. Sie sind als Kelvin-Helmhotz-Wellen bekannt und treten auf, wenn an der Grenze zwischen zwei Flüssigkeiten ein Geschwindigkeitsunterschied besteht. Sie sind häufig dort zu sehen, wo der Wind über die Oberfläche von Seen und Ozeanen weht, zwischen Strömungen im Wasser oder sogar unter Wolkenbänder in der Atmosphäre eines Planeten.
Sie wurden auch an der Grenze der Erdmagnetosphäre beobachtet, ganz zu schweigen von der Nähe des Saturn. Die Bedingungen, unter denen sie entstehen, sind jedoch nicht genau verstanden, sodass ihre Entdeckung in der Nähe von Jupiter einige Hinweise liefern könnte.
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„Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten sind ein grundlegender physikalischer Prozess, der auftritt, wenn Sonnen- und Sternwinde mit planetaren Magnetfeldern in unserem Sonnensystem und im gesamten Universum interagieren“, sagt der Astrophysiker Jake Montgomery von der University of Texas at San Antonio (UTSA) und dem Southwest Research Institute (SwRI).
„Juno beobachtete diese Wellen während vieler seiner Umlaufbahnen und lieferte damit den schlüssigen Beweis, dass Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten eine aktive Rolle bei der Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und Jupiter spielen.“
Während im Weltraum kein großer Druck herrscht, ist die Kraft diffuser, sich stoßender Teilchen auch nicht ganz gleich Null. Eine Magnetosphäre ist eine Art Blase in der Plasmaumgebung des Weltraums, die durch das Magnetfeld eines Objekts erzeugt wird und durch die Magnetopause definiert wird. Dies ist die Grenze, an der der Druck des ständig von der Sonne ausgehenden Windes, des Sonnenwinds, den Druck der Magnetosphäre ausgleicht.
Der Sonnenwind weht mit ziemlich hoher Geschwindigkeit von der Sonne zum äußeren Sonnensystem, während das Plasma in der Magnetosphäre seine eigene Tätigkeit ausführt und um den Planeten wirbelt. Die Schnittstelle zwischen den beiden kann also interessant werden.
Die Umgebung um Jupiter ist ein ziemlich wilder Ort. Das Magnetfeld des Jupiter ist riesig und sein Vulkanmond Io ist eine starke Quelle geladener Teilchen, die ständig Material in einen riesigen Plasmatorus ausstoßen, der den riesigen Gasriesen umkreist. Der Jupitermond Ganymed erzeugt selbst ein relativ starkes Magnetfeld.
Die Entdeckung von Kelvin-Helmholtz-Wellen an der Magnetopause des Jupiter wird Astronomen helfen, die komplexen Wechselwirkungen im Jupiterraum zu verstehen.
„Junos ausgedehnte Zeit in der Nähe der Magnetopause des Jupiter hat detaillierte Beobachtungen von Phänomenen wie Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten in dieser Region ermöglicht“, sagt der Astrophysiker Robert Ebert vom SwRI und UTSA.
„Diese Sonnenwind-Wechselwirkung ist wichtig, da sie Plasma und Energie durch die Magnetopause in die Magnetosphäre des Jupiter transportieren und so die Aktivität innerhalb dieses Systems vorantreiben kann.“
Die Wellen wurden bei vielen Überquerungen der Magnetopause durch Juno nicht entdeckt, und das hat ebenfalls wichtige Auswirkungen. Die Untersuchung der Bedingungen, unter denen diese Wellen erzeugt werden, könnte dabei helfen, herauszufinden, wie sie entstehen, was weitreichendere Auswirkungen hat.
Beispielsweise wurden Falten an der Heliopause entdeckt – der Grenze zwischen Sonnenwind und interstellarem Raum, weit draußen außerhalb der Planeten. Zu verstehen, was Kelvin-Helmholtz-Wellen antreibt, könnte dabei helfen, die Dynamik zu erkennen, die an der Grenze des Sonnensystems im Spiel ist.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe.