Astronomen haben mit dem W. M. Keck Observatory auf dem Maunakea (Hawaii) entdeckt, dass sichtbare Polarlichter auf allen vier großen Jupitermonden auftreten: Io, Europa, Ganymed und Kallisto.
Mit dem High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) des Keck Observatory und hochauflösenden Spektrografen am Large Binocular Telescope und am Apache Point Observatory beobachtete ein Team unter Leitung des Caltech und der Boston University die Monde in Jupiters Schatten, so dass ihre schwachen Polarlichter ohne störendes, reflektiertes Sonnenlicht von der Oberfläche beobachtet werden konnten. Sie entstehen durch das starke Magnetfeld des Gasriesen.
„Diese Beobachtungen sind schwierig, weil die Monde in Jupiters Schatten fast unsichtbar sind. Das von ihren schwachen Polarlichtern emittierte Licht ist die einzige Bestätigung dafür, dass wir das Teleskop auf die korrekte Position ausgerichtet haben“, sagte Katherine de Kleer, Professorin am Caltech und Hauptautorin einer der beiden neuen Studien, die am 16. Februar 2023 im Planetary Science Journal erschienen.
Alle vier Galileischen Monde zeigen dieselbe Sauerstoff-Aurora, die wir am Himmel in der Nähe der Pole sehen, aber die Gase auf den Jupitermonden sind viel dünner, wodurch eine tiefrote Farbe fast 15 Mal heller leuchtet als das vertraute grüne Licht.
Auf Europa und Ganymed erzeugt der Sauerstoff auch infrarote Wellenlängen, die etwas rötlicher sind, als das menschliche Auge wahrnehmen kann. Das ist das erste Auftreten dieses Phänomens in der Atmosphäre eines Himmelskörpers jenseits der Erde.
Auf Io, Jupiters innerstem Mond, reichen riesige Wolken aus vulkanischen Gasen und Staub hunderte Kilometer hoch. Diese Wolken enthalten Salze wie Natriumchlorid und Kaliumchlorid, die gespaltet werden und weitere Farben produzieren. Natrium gibt Ios Polarlichtern dasselbe gelblich-orange Leuchten, das wir in städtischen Straßenlampen sehen. Die neuen Messungen zeigen auch, dass die Kalium-Aurora in infrarotem Licht leuchtet, das bisher nirgendwo anders registriert wurde.
„Die Helligkeit der unterschiedlichen Polarlichtfarben verrät uns, woraus die Atmosphären dieser Monde wahrscheinlich bestehen“, sagte de Kleer. „Wir stellten fest, dass molekularer Sauerstoff – genau wir wir ihn hier auf der Erde atmen – der wahrscheinliche Hauptbestandteil der Atmosphären der Eismonde ist.“
Die neuen Messungen zeigen minimale Anzeichen für Wasser, was eine aktive wissenschaftliche Debatte darüber nährt, ob die Atmosphären der Jupitermonde signifikante Mengen Wasserdampf enthalten. Derzeit vermutet man, dass die drei äußeren Galileischen Monde Ozeane aus flüssigem Wasser unter ihren dicken Eiskrusten besitzen. Und es gibt überzeugende Belege dafür, dass das Wasser in Europas Atmosphäre manchmal aus seinem Ozean oder einem flüssigen Vorkommen in seinem Eispanzer stammen könnte.
Weil Jupiters starkes Magnetfeld geneigt ist, verändern die Polarlichter auf diesen Monden ihre Helligkeit mit der Rotation des Planeten. Darüber hinaus können die Atmosphären auf den schnellen Übergang von warmem Sonnenlicht in den kalten Schatten Jupiters reagieren.
„Ios Natrium wird sehr schwach innerhalb von 15 Minuten nach dem Eintritt in Jupiters Schatten, aber es dauert mehrere Stunden, um sich wieder aufzubauen, nachdem es wieder im Sonnenlicht liegt“, erklärte Carl Schmidt, ein Astronomie-Professor an der Boston University und Hauptautor der zweiten Studie. „Diese neuen Eigenschaften sind wirklich hilfreich, um die Atmosphärenchemie Ios zu verstehen. Es ist großartig, dass Bedeckungen durch Jupiter ein natürliches Experiment darstellen, um zu lernen, wie Sonnenlicht Ios Atmosphäre beeinflusst.“
Neue Polarlichttypen auf den vier Monden ergänzen einen spannenden Aspekt zu dem, was dank der NASA-Mission Juno und des James Webb Space Telescope bereits ein Goldenes Zeitalter für Jupiter-Fans ist. Wenn man genug Glück hat, um die Polarlichter hier auf der Erde zu sehen, denke man in Ruhe darüber nach, wie atemberaubend die Lichtshow erscheinen könnte, wenn man auf einem der Jupitermonde stünde.
Studien:
„The Optical Aurorae of Europa, Ganymede, and Callisto„, de Kleer et al.
„Io’s Optical Aurorae in Jupiter’s Shadow„, Schmidt et al.
(THK)
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