Polarmission im äußeren Sonnensystem

Seit knapp einem Jahr umkreist die Raumsonde Juno den Planeten Jupiter. Das Besondere an dieser Mission ist die stark elliptische Flugbahn der Sonde, auf der sie den Polen des Gasriesen sehr nahekommt – teils fliegt sie in einer Höhe von nicht einmal 5000 Kilometern über die Wolkendecke. Das ermöglicht nicht nur sehr genaue Aufnahmen vom Nord- und Südpol, sondern auch hochpräzise Messungen des Magnet- und Schwerefeldes des Planeten. Nach umfangreichen Tests und der Kalibration der Instrumente haben nun gleich zwei internationale Wissenschaftlerteams die Ergebnisse der ersten Überflüge von Juno vorgestellt. Bereits die ersten Bilder zeigen, dass Jupiter sich deutlich vom etwas kleineren Saturn unterscheidet.

Eine Arbeitsgruppe um Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio, Texas, analysierte unter anderem die oberen Wolkenschichten der Polregionen. Am Nordpol rotieren demnach riesige ovale Wolkenstrukturen, die einen Durchmesser von 1400 Kilometern erreichen können. Am Südpol sind die Wolkenwirbel im Schnitt etwas kleiner und besitzen Durchmesser von 200 bis 1000 Kilometern. Wie Zeitrafferaufnahmen zeigen, handelt es sich hierbei um Zyklone, die an den Rändern spiralförmig ausfasern. Mithilfe von Mikrowelleninstrumenten an Bord von Juno konnten die Forscher auch tiefer in die Atmosphäre hineinschauen: Die Absorption der Mikrowellenstrahlung liefert Aufschluss über die Zusammensetzung der verschiedenen Wolkenschichten. An einigen Stellen steigen offenbar große Mengen an Ammoniak aus tieferen Atmosphärenschichten auf, was zur Entstehung großflächiger Wettersysteme führt.

Nord- und Südpol von Jupiter

Die Forscher konnten auch das Gravitationsfeld von Jupiter sehr exakt vermessen, indem sie die Laufzeit der von Juno ausgesendeten Radiosignale bei den Überflügen bestimmten. Denn je nachdem, wie stark die Anziehung an einer bestimmten Stelle über Jupiter ist, wird Juno mehr oder weniger beschleunigt, sodass die Radiosignale früher oder später ankommen. Da Juno immer wieder sehr tief über den Planeten fliegt, „spürt“ die Raumsonde die Schwerkraft von Jupiter an diesen Stellen besonders stark. Dadurch ließ sich das Schwerefeld deutlich präziser als bei bisherigen Missionen vermessen. Eine theoretische Analyse dieser Daten steht noch aus. Sie scheinen aber für einen massiven Kern des Gasriesen zu sprechen. Überraschend fallen die Messungen des Magnetfelds von Jupiter aus: Es ist rund zehnmal stärker als das der Erde. Zwar war bereits bekannt, dass Jupiter ein sehr starkes Magnetfeld besitzt. Die neuen Werte sind aber rund doppelt so hoch wie erwartet.

Ein Forscherteam um John Connerney vom Goddard Space Flight Center der NASA untersuchte vor allem die Polarlichter an den Jupiterpolen. Ähnlich wie auf der Erde bündeln auch an den Jupiterpolen starke Magnetfelder die einfallenden Teilchen aus dem Sonnenwind. Treffen diese schließlich auf die oberen Atmosphärenschichten und ionisieren dort die Luftmoleküle, entstehen auffällige Leuchterscheinungen. Juno analysierte diese Polarlichter sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Spektralbereich, wobei die Messinstrumente an den Polen einen nach unten gerichteten Strom von Elektronen anzeigten. Vermutlich spielt dieser eine wichtige Rolle für Jupiters mächtige Polarlichter. Letztere scheinen allerdings etwas anders zu funktionieren als auf der Erde. Die Forscher hoffen, in den kommenden Monaten mehr über dieses Phänomen zu erfahren.

Weitere Messungen ergaben zudem, dass sich die Magnetosphäre von Jupiter – der Bereich, in dem sein Magnetfeld den Einfluss des Sonnenwindes überwiegt – anscheinend hin und wieder ausdehnt und dann wieder zusammenzieht. Auch hier werden erst künftige Messungen Klarheit über die Ursachen geben können. Das Missionsende von Juno ist für Februar 2018 geplant.