Die Erde, aber auch andere Planeten wie der Jupiter, sind von einem Gürtel aus energiereichen, hoch beschleunigten Teilchen umgeben. Woher diese Beschleunigung stammt, darauf haben jetzt Daten der Jupitersonde Galileo einen wichtigen Hinweis gegeben. Offenbar spielen niederfrequente Radiowellen im planetaren Magnetfeld dabei eine entscheidende Rolle – sowohl beim Jupiter wie auch auf der Erde.
Die Erde ist von einem Gürtel aus extrem energiereichen Teilchen umgeben, dem so genannten Van Allen Strahlengürtel. Er besteht aus Teilchen, die aus dem Sonnenwind und der kosmischen Strahlung stammen und vom Magnetfeld der Erde eingefangen wurden. Der innere Bereich dieses Riesenrings beginnt bei etwa 6.000 Kilometern, der äußere Bereich liegt zwischen 15.000 und 25.000 Kilometern Höhe. Für die erdumkreisenden Satelliten oder andere Raumfahrzeuge stellt der Gürtel eine ständige potenzielle Gefahr dar, da sich die Teilchendichte innerhalb von wenigen Minuten dramatisch erhöhen kann. Schwere Schäden an der Elektronik sind dann die Folge.
Welche Faktoren – neben den Sonnenstürmen – für diese plötzlichen Erhöhungen eine Rolle spielen und wie solche Teilchenstürme am besten vorhergesagt werden können, das erforschen Wissenschaftler seit Jahren. Forscher der Universität von Kalifornien in Los Angeles, der Universität von Iowa und des British Antarctic Survey stellten bereits vor einiger Zeit die Theorie auf, dass niederfrequente Radiowellen zur Beschleunigung der geladenen Teilchen im Van Allen Gürtel beitragen könnten.
Teilchenbeschleunigung auch beim Jupiter
Mithilfe von Daten, die die Raumsonde Galileo am Jupiter gesammelt hat, ist es den Forschern nun gelungen, ihre Theorie in einem ähnlichen Fall zu belegen. Ihre Erkenntnisse wurde jetzt im Fachmagazin „Nature Physics“ veröffentlicht. Der Gasriese Jupiter weist ebenso wie die Erde einen Strahlengürtel auf. Die Daten zeigen, dass ein spezieller Typ von Radiowellen sehr niedriger Frequenz stark genug ist, um die Elektronen im Magnetfeld des Jupiter auf sehr hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
„Wir haben schon zuvor gewusst, dass sehr niederfrequente Radiowellen Elektronen im Erdmagnetfeld beschleunigen können”, erklärt Richard Horne vom British Antarctic Survey (BAS), Hauptautor der Studie. „Aber jetzt haben wir gezeigt, dass genau die gleiche Theorie auch auf dem Jupiter funktioniert, obwohl dort das Magnetfeld 20.000 mal stärker ist als das der Erde und die Zusammensetzung der Atmosphäre sich deutlich unterscheidet. Das war der ultimative Test unserer Theorie.“
Radiowellen treiben Elektronen an
„Auf dem Jupiter werden die Wellen durch Energie aus den Vulkanen des Mondes Io, kombiniert mit der schnellen Rotation des Planeten – einmal alle zehn Stunden -, angetrieben“, so Horne. „Vulkanische Gase werden ionisiert und durch die Zentrifugalkräfte vom Planeten weg geschleudert. Dieses Material wird durch einen Einwärtsstrom von Teilchen ersetzt, die die Radiowellen erzeugen. Diese wiederum beschleunigen die Elektronen.“
Sind die Elektronen einmal beschleunigt, werden sie näher an den Planeten transportiert und emittieren intensive Synchrotronenstrahlung ins All. „Unsere Theorie liefert den bisher fehlenden Schritt, um diese sehr hohe Strahlung, die vom Jupiter ausgeht, zu erklären“, so der Forscher.
Alte Theorie widerlegt
Doch diese Entdeckung hat noch weitere Konsequenzen: Denn sie entkräftet eine alte Theorie. „Seit mehr als 30 Jahren dachte man, dass die Elektronen als Resultat eines Transports zum Jupiter hin beschleunigt werden“, so Horne. „Aber jetzt zeigen wir, dass eine gyro-resonante Wellenbeschleunigung einen wichtigen Beitrag leistet.“
Bei dieser Art der Beschleunigung bewegen sich die Elektronen auf einer spiralförmigen Bahn um den Planeten. Dabei schwingen sie in der gleichen Rate wie die Radiowellen im Magnetfeld – rund 3.000 Mal in der Sekunde, das entspricht drei KiloHertz. Diese Wellen lassen sich sowohl im Magnetfeld der Erde nachweisen wie auch durch die aktuelle Studie auf dem Jupiter.
(British Antarctic Survey, 10.03.2008 – NPO)
