Pressenotiz 18 - 10. Dezember 2008

Die Erde mithilfe des Jupiter verstehen

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung vergleichen Magnetstürme auf Jupiter und Erde.

Die Magnetosphäre schützt Planeten wie Merkur, Erde oder Jupiter, die ein inneres Magnetfeld besitzen, wie ein Schild. Bei einem Magnetsturm wird dieser Schild jedoch grundlegend verändert: Auf der Erde etwa schleudert der Sturm Teilchen, die sich mehrere zehntausend Kilometer über der Nachtseite des Planeten befinden, innerhalb weniger Minuten in Richtung Oberfläche. Auf diese Weise entstehen nicht nur die bunten Polarlichter. Die Magnetstürme wirken sich auch auf einen großen Teil der Erdumgebung aus, wo sie etwa den Empfang von GPS-Signalen und die Kommunikation mit Satelliten stören. Trotz jahrzehntelanger Forschung sind viele Aspekte dieses Phänomens noch immer unklar.

 

Abbildung 1: Innerhalb der Magnetosphäre des Jupiter befinden sich die Umlaufbahnen mehrerer Monde, darunter auch die des Mondes Io.

(Bild: MPS)

 

Einer dieser Aspekte ist die Frage, wie häufig Magnetstürme auftreten. Auf der Erde kommen die Stürme nicht nur vereinzelt vor, sondern auch als quasi-periodische Abfolge. Sie wiederholen sich dann etwa alle zwei bis drei Stunden. Abbildung 2 veranschaulicht dieses Verhalten mit Hilfe von Messdaten, die das Experiment RAPID an Bord der ESA-Mission Cluster gesammelt hat. Die interessanteste Frage dabei ist nicht nur, wie lange ein Magnetsturm anhält. Vielmehr geht es auch darum, ob Vorgänge in der Magnetosphäre oder in der Sonne die Stürme auslösen und antreiben. Bisherige Studien verwendeten Daten, die in der Umgebung der Erde aufgenommen wurden. Sie konnten diese Frage jedoch nicht beantworten. Elena Kronberg vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung hat jetzt mit einem neuen Ansatz versucht, das Problem zu lösen. Ihre Ausgangsfrage war: Können wir etwas von anderen Planeten lernen?

 

Abbildung 2: Energetische Protonen (28 - 64 keV) gemessen von Cluster SC1 im Magnetschweif der Erde (Beobachtungszeitraum: DOY 259 bis DOY 260, 2003).

(Bild: MPS)

 

Auf der Erde nimmt der Protonenfluss bei einem periodischen Magnetsturm langsam ab, um dann innerhalb kurzer Zeit wieder anzusteigen (Abbildung 2). Ein ähnliches Verhalten beobachten Wissenschaftler auf dem Jupiter (Abbildung 3). Allerdings wiederholt sich dieses Muster dort nicht wie auf der Erde alle zwei bis drei Stunden, sondern alle zwei bis drei Tage. Einer der Gründe dafür ist, dass der Jupiter wegen seines stärkeren inneren Magnetfeldes eine größere Magnetosphäre aufweist. Das Auswerten von Daten mehrerer Missionen (Cluster, Geotail, LANL, Galileo) hat jetzt gezeigt, dass sich auf dem Jupiter und auf der Erde das Magnetfeld während eines Zyklus ähnlich entwickelt: Es gibt die Wachstums-, die Ausdehnungs- und die Erholungsphase.

 

Abbildung 3: Energetische Protonen (220 - 540 keV/nuc) im Magnetschweif des Jupiter beobachtet von Galileo auf den Umlaufbahnen G8 und C9 (Beobachtungszeit: DOY 150 bis DOY 200,1997).

(Bild: MPS)

 

In einer Veröffentlichung von 2007 berichten Kronberg und ihre Koautoren, dass es einen Zusammenhang zwischen den periodischen Magnetstürmen auf dem Jupiter und einem konstanten Freisetzen von Materie vom Jupitermond Io gibt. Der Antrieb für die Stürme liegt also innerhalb der Jupiter-Magnetosphäre.

"Der Vergleich der periodischen Magnetstürme auf der Erde und dem Jupiter zeigt sehr auffällige Ähnlichkeiten", berichtet Kronberg in ihrer neueren Veröffentlichung vom April 2008 (Journal of Geophysical Research). Kronberg und ihre Koautoren schlagen darin vor, dass sich unter bestimmten Bedingungen zusätzliches Plasma aus der Plasmasphäre in der Magnetosphäre anreichert und so die periodischen Magnetstürme auf der Erde antreibt.

"Die Cluster Mission und die fast 900 wissenschaftlichen Veröffentlichungen, die als Folge entstanden sind, haben unser Verständnis der verschiedenen physikalischen Prozesse in der Erdatmosphäre deutlich erweitert. Dadurch verstehen wir auch Daten, die in der Umgebung anderer Planeten im Sonnensystem gesammelt wurden, besser. Doch dieses Feedback vom Jupiter zu bekommen, freut uns besonders", sagt Philippe Escoubet, Cluster-Projektwissenschaftler bei der Europäischen Weltraumbehörde ESA.

Originalveröffentlichung

E.A. Kronberg et al.
Comparison of periodic substorms at Jupiter and Earth
Journal of Geophysical Research, 113, A04212

Quelle

http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=43851

Kontakt

Dr. Birgit Krummheuer
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für
Sonnensystemforschung
Max-Planck-Straße 2
37191 Katlenburg-Lindau
Tel.: 05556 979 462
Mobil: 0173 39 58 625
Fax.: 05556 979 240
Email: krummheuer@mps.mpg.de

Dr. Elena Kronberg
Max-Planck-Institut für
Sonnensystemforschung
Max-Planck-Straße 2
37191 Katlenburg-Lindau
Tel.: 05556 979 481
Fax.: 05556 979 240
Email: kronberg@mps.mpg.de