Terrestrische Polarlicher mögen durchaus beeindruckend wirken. Im Vergleich zu jenen Lichterscheinungen, die auf dem Gasriesen Jupiter in Erscheinung treten, vorkommen unsere Aurorae jedoch geradezu zu einem fahlen Abklatsch. Welcher Mechanismus hinter den beeindruckenden Polarlichten dieses Gasriesen stehen, hat nun ein internationales Team von Forschern genauer bestimmt.

Jupiter, der größte Planet des Sonnensystems, besitzt die hellsten Polarlichter mit einer Strahlungsleistung von 100 Terawatt. Man bräuchte 100.000 irdische Kraftwerke, um dieses Leuchten zu erzeugen. Die Polarlichter manifestieren sich ähnlich wie bei der Erde in zwei riesigen ovalen Ringen um die Pole.

Gigantisches Stromsystem

Die Polarlichter werden angetrieben durch ein gigantisches elektrisches Stromsystem, das die Polarlichtregion mit der Jupitermagnetosphäre verbindet. Die Magnetosphäre ist die Region um einen Planeten, die von dessen Magnetfeld beeinflusst wird. Die elektrischen Ströme verlaufen größtenteils entlang Jupiters Magnetfeldlinien, welche auch als Birkelandströme oder englisch "Birkeland currents" bezeichnet werden.

Die Raumsonde Juno der Nasa befindet sich seit Juli 2017 in einem polaren Orbit um Jupiter mit dem Ziel, das Innere und die Polarlichter von Jupiter besser zu verstehen. Auf Basis von Juno-Daten haben nun erstmals Forscher um Joachim Saur von Universität zu Köln das zu den Polarlichtern gehörige elektrische Gleichstromsystem bestimmt.

Dazu wurde die Magnetfeldumgebung von Jupiter hoch genau vermessen, um die elektrischen Ströme abzuleiten. Der Gesamtstrom beläuft sich auf ungefähr 50 Million Ampere. Diese Daten liegen allerdings deutlich unter den im Vorfeld theoretisch erwarteten Werten. Der Grund für diese Abweichung sind kleinräumige, turbulente Wechselströme (im Fachjargon Alfven-Wellen-Ströme genannt), die bisher wenig beachtet wurden.

Maßgebliche Wechselströme

"Diese Beobachtungen in Kombination mit anderen Messungen der Juno Raumsonde zeigen, dass die Wechselströme für die Erzeugung der Polarlichter von Jupiter eine deutlich größere Rolle als das Gleichstromsystem spielen", erläutert Saur. Jupiters Polarlichter unterscheiden sich daher auch von denen der Erde, die im Wesentlichen durch Gleichströme erzeugt werden. Die irdischen Polarlichter leuchten ungefähr tausendmal schwächer, da die Erde kleiner ist als Jupiter, ein schwächeres Magnetfeld besitzt und zudem langsamer rotiert.

"Jupiters Stromsysteme werden durch die enormen Fliehkräfte in Jupiters schnell rotierender Magnetosphäre getrieben", erklärt Saur. Der vulkanisch aktive Jupitermond Io produziert eine Tonne Schwefeldioxidgas pro Sekunde, welches ionisiert in Jupiters Magnetosphäre gelangt. "Wegen Jupiters schneller Rotation – ein Tag auf Jupiter dauert nur zehn Stunden – wird das Gas gegen Jupiters Magnetfeld durch die Fliehkräfte von Jupiter wegbewegt, wodurch die elektrischen Ströme induziert werden", sagt der Geophysiker. (red, 15.7.2019)