Jupiters Magnetfeld hat sich seit den 1970er Jahren verändert, und Physiker haben es bewiesen.
Das ist nicht gerade eine Überraschung. Das Erdmagnetfeld, das einzige Planetenfeld, für das wir gute laufende Messungen haben, ändert sich ständig. Die neuen Informationen sind jedoch wichtig, da diese kleinen Änderungen verborgene Details des internen "Dynamos" eines Planeten enthüllen, des Systems, das sein Magnetfeld erzeugt.
In einem Artikel, der am 20. Mai in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, untersuchte ein Forscherteam Magnetfelddaten von vier vergangenen Missionen zum Jupiter (Pioneer 10, der 1973 Jupiter erreichte; Pioneer 11, der 1974 Jupiter erreichte; Voyager 1, der erreichte Jupiter 1979 und Ulysses, der 1992 Jupiter erreichte).
Sie verglichen diese Daten mit einer Karte des Magnetfelds des Planeten, das vom Raumschiff Juno erzeugt wurde, das die jüngste und gründlichste Sonde des Riesenplaneten durchführte. Im Jahr 2016 kreiste Juno sehr nahe am Jupiter, ging von Pol zu Pol und sammelte detaillierte Gravitations- und Magnetfelddaten. Dies ermöglichte es den Forschern, ein gründliches Modell des Magnetfelds des Planeten und einige detaillierte Theorien darüber zu entwickeln, wie es erzeugt wird.
Die Forscher hinter diesem Artikel zeigten, dass die Daten dieser vier älteren Sonden, obwohl sie begrenzter waren (jede von ihnen wurde nur einmal vom Planeten geschwungen), nicht ganz zum Modell des Jupiter-Magnetfelds von 2016 passten.
"Etwas so Winziges wie diese Veränderungen in etwas so Unermesslichem wie Jupiters Magnetfeld zu finden, war eine Herausforderung", sagte Kimee Moore, eine Juno-Wissenschaftlerin in Harvard und Hauptautorin des Papiers, in einer Erklärung. "Eine Basislinie von Nahbeobachtungen über vier Jahrzehnte lieferte uns gerade genug Daten, um zu bestätigen, dass sich das Jupiter-Magnetfeld tatsächlich im Laufe der Zeit ändert."
Eine Herausforderung: Die Forscher waren nur an Änderungen des internen Magnetfelds von Jupiter interessiert, aber der Planet hat auch Magnetismus aus seiner oberen Atmosphäre. Geladene Teilchen aus Vulkanausbrüchen auf Io, dem flüchtigsten Mond des Jupiter, gelangen in die Jupiter-Magnetosphäre und -Ionosphäre (eine Region geladener Teilchen im äußeren Bereich der Jupiter-Atmosphäre) und können auch das Magnetfeld verändern. Die Forscher entwickelten jedoch Methoden, um diese Effekte von ihrem Datensatz zu subtrahieren, sodass sie fast ausschließlich auf dem internen Dynamo des Planeten basieren.
Die Frage war also, was die Änderungen verursacht hat. Was ist los in Jupiters Dynamo?
Die Forscher untersuchten verschiedene Ursachen für Magnetfeldänderungen. Ihre Daten stimmten am ehesten mit den Vorhersagen eines Modells überein, bei dem Winde im Inneren des Planeten das Magnetfeld verändern.
"Diese Winde erstrecken sich von der Oberfläche des Planeten bis in eine Tiefe von über 3.000 Kilometern, wo sich das Innere des Planeten von Gas zu hochleitfähigem Flüssigmetall ändert", heißt es in der Erklärung.
In Wahrheit können Forscher das nicht tief in Jupiter sehen, daher sind die Tiefenmessungen wirklich beste Schätzungen mit mehreren Unsicherheiten, die die Forscher in dem Artikel geschrieben haben. Dennoch haben Wissenschaftler solide Theorien, um zu erklären, wie sich die Winde verhalten.
"Es wird angenommen, dass sie die Magnetfelder scheren, sie dehnen und um den Planeten tragen", heißt es in der Erklärung.
Die meisten dieser windgetriebenen Veränderungen scheinen sich auf Jupiters Great Blue Spot zu konzentrieren, eine Region mit intensiver magnetischer Energie in der Nähe von Jupiters Äquator. (Dies ist nicht dasselbe wie der Große Rote Fleck.) Der nördliche und südliche Teil des Blauen Flecks verschieben sich auf dem Jupiter nach Osten, und das zentrale Drittel verschiebt sich nach Westen, wodurch sich das Magnetfeld des Planeten ändert.
"Es ist unglaublich, dass ein schmaler magnetischer Hot Spot, der Great Blue Spot, für fast alle weltlichen Variationen von Jupiter verantwortlich sein könnte, aber die Zahlen bestätigen dies", sagte Moore in der Erklärung. "Mit diesem neuen Verständnis der Magnetfelder werden wir in zukünftigen wissenschaftlichen Durchgängen beginnen, eine planetweite Karte der Jupiter-Variation zu erstellen. Sie kann auch Anwendungen für Wissenschaftler haben, die das Magnetfeld der Erde untersuchen, das noch viele zu lösende Rätsel enthält."
