Jupiters Magnetfeld schwankt

Spannender Fund: Bisher waren nur vom Magnetfeld der Erde zeitliche Schwankungen bekannt. Jetzt belegen Daten der Raumsonde Juno, dass auch das Jupiter-Magnetfeld solche Variationen aufweist. Die Ursache dafür vermuten Forscher in den extrem tiefreichenden Winden des Gasriesen. Denn sie erzeugen sogar im metallischen Wasserstoff des Planeteninneren Strömungen – und könnten so das Magnetfeld des Jupiter beeinflussen.

Der Gasriese Jupiter ist ein Planet der Superlative: Er ist der größte und massereichste Planet des Sonnensystems und sein Druck im Inneren ist so hoch, dass sogar Wasserstoff zu einem flüssigen Metall wird. Mit dem Großen Roten Fleck beherbergt der Jupiter zudem den gewaltigsten und langlebigsten Sturm unserer kosmischen Nachbarschaft. Ebenfalls rekordträchtig ist das Magnetfeld des Gasriesen: Es ist rund 20.000 Mal stärker als das Erdmagnetfeld und reicht extrem weit ins All hinaus.

Ein komplexes Feld

Doch die Struktur und Triebkräfte des Jupiter-Magnetfelds geben Planetenforschern Rätsel auf. Daten der NASA-Raumsonde Juno haben enthüllt, dass der Planet kein einfach bipolares Feld besitzt wie die Erde. Stattdessen verlaufen seine Feldlinien schräg und teils chaotisch. Knapp südlich des Jupiter-Äquators existiert zudem eine Stelle mit einer besonders hohen magnetischen Intensität – der sogenannte „Große Blaue Fleck“.

Eine weitere Eigenheit haben nun Kimee Moore von der Harvard University in Cambridge und ihr Team entdeckt. Für ihre Studie hatten sie Daten von Jupitermissionen der 1970er Jahre wie Pioneer und Voyager mit den Magnetdaten der Juno-Sonde verglichen. Dabei suchten sie gezielt nach Hinweisen auf zeitliche Schwankungen des Magnetfelds und damit auch seines internen Dynamos.

Auf und Ab im Magnetfeld

Und tatsächlich: „Wir finden eine konsistente, systematische Veränderung im Jupiter-Magnetfeld über die letzten 45 Jahre“, berichten die Forscher. „Etwas so Schwaches wie diese Schwankungen in etwas so Immensem wie dem Jupiterfeld zu finden war eine echte Herausforderung.“ Nähere Analysen ergaben, dass sich diese zeitlichen Veränderungen nicht durch äußere Einflüsse oder Schwankungen in der Rotation des Jupiter erklären lassen.

Damit scheint klar, dass es sich bei diesen Schwankungen um eine sogenannte säkulare Variation handelt – eine auf den internen Dynamo selbst zurückgehende zeitliche Veränderung. Bisher war die Erde der einzige Planet im Sonnensystem, für den eine solche säkulare Variation des Magnetfelds belegt ist, wie die Forscher erklären. Jetzt haben die Juno-Daten sie auch für den Jupiter bestätigt.

Die auffallenden Sturmbänder reichen unerwartet tief in das Jupiterinnere - das ist nur eines der überraschenden Ergebnisse des Juno Gravity Experiment. © NASA/JPL-Caltech/ SwRI/MSSS/ Kevin M. Gill

Strömungen in der Tiefe

Was aber ist die Ursache dieser Magnetfeld-Schwankungen? Eine mögliche Erklärung sind die extrem tiefreichenden Stürme des Gasriesen. Juno-Daten belegen, dass diese Winde bis in rund 3.000 Kilometer Tiefe hinuntergehen – das entspricht fast 95 Prozent des Jupiterradius. Damit reichen sie bis in die Zone, in der das Wasserstoffgas zu einem elektrisch leitenden Metall wird, wie die Wissenschaftler erklären. Strömungsveränderungen in diesen tiefen Winden könnten daher durchaus das Magnetfeld beeinflussen.

Ob das stimmt, testeten die Forscher mithilfe eines physikalischen Modells. Dieses enthüllte, dass ein Großteil der zeitlichen Schwankungen im Jupiter-Magnetfeld tatsächlich durch diese Tiefenströmungen erklärbar sein könnten. „Das demonstriert, dass die Interaktionen der zonalen Winde mit dem Magnetfeld des Jupiter wichtige Einflussfaktoren sind“, konstatieren Moore und ihre Kollegen.

Schwankungsherd im Großen Blauen Fleck

Spannend auch: Den größten Einfluss auf die Magnetfeld-Schwankungen hat eine einzige Stelle auf dem Jupiter: der Große Blaue Fleck. „Es scheint unglaublich, dass ein eng umrissener magnetischer Hotspot wie der Große Blaue Fleck für fast die gesamte säkulare Variation des Jupiter verantwortlich sein kann – aber die Zahlen sprechen für sich“, sagt Moore.

Im Großen Blauen Fleck zeigen sich demnach starke Gradienten im Magnetfeld, die offenbar durch auseinanderlaufende Strömungen verursacht werden. „Die nördlichen und südlichen Drittel des Flecks strömen nach Osten, während der zentrale Teil nach Westen driftet“, berichten die Forscher. Das führe zu Scherkräften, die nicht nur das Magnetfeld beeinflussen, sondern auch den Blauen Fleck auf lange Sicht in mehrere Teile zerreißen könnten.

Die neuen Daten liefern damit neue Einblicke in die Triebkräfte des jovianischen Magnetfelds – und zeigen einmal mehr, wie komplex die elektromagnetischen Wechselwirkungen planetarer Dynamos sein können. Die Forscher hoffen, dass die Raumsonde Juno im Laufe ihrer weiteren Jupiter-Umkreisungen noch genauere Daten zum Großen Blauen Fleck und den Vorgängen in der Tiefe des Planeten liefern wird. (Nature Astronomy, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0772-5)

Quelle: NASA/ JPL