Juno - NASA-Mission zum Jupiter

Erkunden Sie Jupiter aus der Umlaufbahn, um seine verborgenen Wahrheiten zu enthüllen.

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Standort Königliches Observatorium

25. Juni 2020



Juno ist eine von der NASA entwickelte Raumsonde, die derzeit um Jupiter kreist. Was hat die Juno-Sonde nun nach 4 Jahren Mission über den größten Planeten unseres Sonnensystems enthüllt?

Warum heißt es Juno?

In der römischen Mythologie war Jupiter der König der Götter und die Juno-Sonde ist nach der römischen Göttin Juno - der Frau des Jupiter und der Königin der Götter - benannt. Jupiter war ein etwas koketter Charakter und hatte viele Freundinnen, die Juno nicht gefielen. Um seinen Unfug zu verbergen, zog Jupiter einen Wolkenschleier um sich, aber Juno konnte die Wolken heben und seine wahre Natur enthüllen.

Die Mission der Juno-Sonde, die treffend benannt ist, besteht darin, einige der Geheimnisse des Jupiter zu enthüllen - insbesondere wie er entstand und sich entwickelt hat, was uns wiederum ein besseres Verständnis der Anfänge des Sonnensystems geben kann.

Juno und Jupiter

Was sind die Hauptziele der Juno-Mission?

  1. Um herauszufinden, wie viel Wasser sich in der Atmosphäre des Jupiter befindet (etwas, das uns sagt, welche der aktuellen Theorien zur Planetenentstehung wahrscheinlich richtig ist oder dass wir neue brauchen).
  2. Um tief in die Atmosphäre des Jupiter zu blicken, um uns unter anderem ein besseres Verständnis davon zu vermitteln, woraus er besteht (Zusammensetzung), seine Temperatur und seine Wolkenbewegungen.
  3. Das Gravitationsfeld und das Magnetfeld um diesen Monsterplaneten zu kartieren, was darauf hindeutet, wie die Tiefenstruktur des Jupiter ist.
  4. Erforschung der Magnetosphäre des Jupiter (die Region um den Planeten, in der geladene Teilchen von seinem Magnetfeld beeinflusst werden), insbesondere in der Nähe seiner Pole. Dies wird neue Erkenntnisse darüber liefern, wie das gigantische Magnetfeld des Jupiter seine Atmosphäre und die Entstehung seiner Polarlichter beeinflusst.

Alternative Missionsziele

Obwohl dies eine Robotermission war, hatte die Raumsonde Juno einige Passagiere. An Bord waren drei Miniatur-Lego-Figuren von Jupiter, Juno und dem italienischen Astronomen Galileo Galilei – dem Entdecker der vier größten Monde um Jupiter. Diese 4 cm großen Figuren aus Aluminium (ein nichtmagnetisches Metall, das die Bordausrüstung nicht stört) wurden mit einer alternativen Mission im Hinterkopf verschickt – junge Menschen zu inspirieren, MINT (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwissenschaften und Mathematik) und sie zu ermutigen, sich selbst eine Reise zum König der Planeten vorzustellen und zu träumen, eine Leistung, die jetzt unmöglich erscheint, aber eines Tages Realität werden könnte.

Juno Lego Figuren

Start, Reise und Ankunft bei Jupiter

Die Juno-Sonde wurde am 5. August 2011 von der Cape Canaveral Air Force Station gestartet, aber die Mission selbst begann bereits 2005, als sie von der NASA nach mehreren Jahren des starken Wunsches nach einer Jupiter-Sonde genehmigt wurde. Die durchschnittliche Entfernung zum Jupiter beträgt etwa 800 Millionen km, aber die Juno-Sonde legte aufgrund einer Flugbahn, die eine Schwerkraftunterstützung (Geschwindigkeitsschub) von der Erde verwendete, etwa 2,8 Milliarden km zurück, um dorthin zu gelangen. Nach dem Gravitationsassistenten im Oktober 2013, der ihr einen Geschwindigkeitsschub von mehr als 14.000 km/h verschaffte, steuerte die Sonde auf Jupiter zu. Beschleunigt durch Jupiters Gravitation bei der Annäherung erreichte es mit einer Geschwindigkeit von rund 210.000 km/h die Raumsonde, so dass die Raumsonde Einschussverbrennungen (Zünden ihrer Triebwerke) unterzogen wurde, um sie abzubremsen und schließlich am 5. Juli 2016 in die Jupiter-Umlaufbahn eintrat.

Die Juno-Sonde hat eine stark elliptische polare Umlaufbahn, was bedeutet, dass ihre Umlaufbahn um Jupiter nicht perfekt kreisförmig ist und sie in der Lage ist, die Pole des Jupiter klar zu sehen (was noch nie zuvor gemacht wurde). Die 53-Tage-Umlaufbahn bringt sie aus nächster Nähe, bevor sie weit vom Jupiter zurückgebracht wird Wissenschaftler entschieden sich dafür, Juno in seiner ursprünglichen 53-Tage-Umlaufbahn zu belassen, die sich wie beabsichtigt langsam nach Norden bewegt. Mit jedem Vorbeiflug auf der Umlaufbahn werden wir also in der Lage sein, mehr und mehr von der Nordhalbkugel des Jupiter mit besserer Klarheit zu sehen.

Flugbahn von Juno in Richtung Jupiter. (Bild: NASA/JPL/SwRI)

Stromversorgung der Raumsonde Juno

Es gab nur eine andere Raumsonde, die Jupiter umkreiste – die Galileo-Sonde, die zwischen 1995 und 2003 in Betrieb war (und die Galileo-Eintrittssonde enthielt, die 1995 in die Atmosphäre des Jupiter eintauchte). Die Raumsonde Galileo wurde wie alle Raumsonden, die zu dieser Zeit in das äußere Sonnensystem geschickt wurden, mit Nuklearantrieb betrieben. So weit von der Sonne entfernt, wäre es schwierig, mit Sonnenenergie Energie zu erzeugen, aber die begrenzte nukleare Brennstoffquelle schränkte ihre Lebensdauer ein.

Juno ist anders – es ist das erste Raumschiff, das ins äußere Sonnensystem geschickt wird und seinen Strom mit Solaranlagen erzeugt. Juno verfügt über die 3 größten Solar-Array-Flügel, die jemals auf einer Planetensonde verwendet wurden. Jede der Solaranlagen ist 9 m lang (etwa die Länge eines Busses) und enthält zusammen fast 20.000 Solarzellen, die 14 kW Strom erzeugen könnten, wenn sie in der Entfernung der Erde von der Sonne platziert werden – das reicht aus, um etwa 100 Desktop-Computer mit Strom zu versorgen! Aber Jupiter ist im Vergleich zur Erde fünfmal weiter von der Sonne entfernt, und das Licht, das Solarzellen erhalten würden, wenn es so weit draußen im Sonnensystem wäre, wäre 25-mal geringer. Aber die Sonde ist sehr effizient ausgelegt und kann mit nur 500 W Leistung trotzdem ihre Arbeit vollenden.

9m lange Solaranlage

Was hat Juno in der Zeit, in der sie Jupiter untersucht hat, entdeckt?

Missionsziel 1: Herauszufinden, wie viel Wasser sich in der Atmosphäre des Jupiter befindet (etwas, das uns sagt, welche der aktuellen Theorien zur Planetenentstehung wahrscheinlich richtig ist oder zeigt, dass wir neue brauchen).

Im Februar 2020 wurden die ersten Ergebnisse (unter Verwendung von Daten der Juno-Mission) der Wassermenge in der Atmosphäre des Jupiter in einem wissenschaftlichen Artikel veröffentlicht, der in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde. Es deutet darauf hin, dass Wasser etwa 0,25% der Moleküle in der Atmosphäre am Äquator des Jupiter ausmacht. Daten der Galileo-Sonde aus dem Jahr 1995 legten nahe, dass Jupiter viel trockener war als die Sonne (sie war weniger reich an Sauerstoff und Wasserstoff – den Elementen, aus denen Wasser besteht), aber diese Ergebnisse von Juno zeigen, dass Jupiter fast dreimal so viel Wasser hat wie die Sonne tut.

Dies ist wichtig, um herauszufinden, wie sich Jupiter gebildet haben könnte. Die Sonne war das erste, was in unserem Sonnensystem entstand, und aus der sie umgebenden Scheibe aus Gas und Staub begannen sich Planeten zu bilden. Viele Wissenschaftler vermuten, dass Jupiter der erste Planet war, der Material aus der Scheibe bildete und zusammenzog – es enthält den größten Teil des Gases und des Staubs, der nicht in die Bildung der Sonne eingeflossen ist. Es gibt zwei führende Theorien darüber, wie Jupiter entstanden ist: Eine besagt, dass sich Jupiter ziemlich genau dort gebildet hat, wo er jetzt ist, und die andere Theorie besagt, dass er sich weiter draußen im Sonnensystem gebildet hat und seitdem an seinen aktuellen Standort eingewandert ist.

Wenn sich Jupiter an seinem jetzigen Standort durch die Anlagerung von Material im Sonnennebel gebildet hätte, wären nur einige Elemente in einer festen Phase gewesen, andere schwerere Elemente wie Sauerstoff und Stickstoff wären jedoch noch flüchtig – sie wären leicht verdampft und so verteilt worden . Aber wenn sich Jupiter weiter draußen in den kälteren Tiefen des Sonnensystems bildet, könnten diese schwereren flüchtigen Elemente gefrieren und sich daher anlagern und sich verbinden.

Da Wasser Sauerstoff enthält und die Menge an Sauerstoff damit zusammenhängt, wo sich der Planet möglicherweise gebildet hat, könnten diese Ergebnisse helfen, diesen Streit zu schlichten.

Entstehung des Sonnensystems

Wissenschaftler haben jedoch festgestellt, dass die äquatorialen Regionen des Jupiter ziemlich einzigartig sind – es sind die einzigen Gebiete, in denen alles gut gemischt zu sein scheint. Wenn Sie sich von dort nach Norden oder Süden bewegen, ist dies nicht derselbe Fall. Daher müssen diese Ergebnisse mit der Wassermenge in anderen Regionen verglichen werden. Die Atmosphäre scheint nicht gut durchmischt zu sein und die Wassermenge kann auf der ganzen Welt variieren. Dies ist vielleicht der Grund, warum die Daten der Galileo-Sonde nicht dasselbe suggerierten – die Sonde fiel zufällig auf einen besonders trockenen Fleck auf Jupiter.

Supermond 2016 Bedeutung

Missionsziel 2: Tief in die Atmosphäre des Jupiter blicken, um uns unter anderem ein besseres Verständnis von seiner Zusammensetzung (Zusammensetzung), seiner Temperatur und seinen Wolkenbewegungen zu vermitteln.

Jupiter ist ein riesiger Planet – er enthält viel Material und je mehr Masse er hat, desto stärker ist die Gravitation. Juno hat ein Instrument, das das Gravitationsfeld um Jupiter messen kann, das einen Hinweis auf seine Masse gibt, und in Kombination mit Messungen seiner Größe kann dies den Wissenschaftlern eine Schätzung der Dichte des Jupiter (wie dicht das Material auf diesem Planeten ist) liefern. Die Kenntnis seiner Dichte kann uns eine Vorstellung von seiner Zusammensetzung geben – woraus es bestehen muss (meist leichtere Elemente oder schwere Elemente).

Die Atmosphäre des Jupiter besteht nach Masse aus etwa 75 % Wasserstoff und 24 % Helium, der restliche Prozentsatz besteht aus anderen Elementen. Es gibt Spuren von Methan, Wasserdampf, Ammoniak und Verbindungen auf Siliziumbasis sowie Kohlenstoff, Ethan, Schwefelwasserstoff, Neon, Sauerstoff, Phosphin und Schwefel. Tiefer in seinem Inneren enthält es dichtere Materialien, sodass sich seine Zusammensetzung leicht ändert.

Jupiter ist mit abwechselnden Gasbändern gekennzeichnet, die als Gürtel und Zonen bekannt sind – etwas, das der Astronom Galileo vor über 400 Jahren selbst beobachtete. Die Bänder sind Wolkenmerkmale entlang der Jupiter-Jets – unglaublich starke Winde, die mit rund 360 km/h um den gesamten Planeten wehen. Die Winde in den dunklen Farbgürteln fließen in eine Richtung und die Winde in den helleren Zonen in die entgegengesetzte Richtung. Genau wie auf der Erde variieren Wolken in Höhe / Höhe. Auf Jupiter sind die Wolkenobergrenzen in einem Gürtel höher als in einer Zone. Wie tief diese bunten Bänder und andere Merkmale in die Atmosphäre des Jupiter eindringen, ist eine der Schlüsselfragen, auf die Wissenschaftler eine Antwort suchen.

Die Gürtel und Zonen auf Jupiter zusammen mit dem Großen Roten Fleck

Die Gürtel und Zonen auf Jupiter zusammen mit dem Großen Roten Fleck. (Bildnachweis: NASA/JPL/Universität Arizona)

Bei einem Festkörper ist das Schwerefeld um ihn herum symmetrisch, aber in einem Körper, der eine innere Dynamik hat, dh aus Flüssigkeit oder Gas besteht, ändert sich das Schwerefeld und ist nicht fixiert, kann das Schwerefeld Asymmetrien haben und wird auf eine unterschiedliche Rotation zurückgeführt (dass einige davon drehen / rotieren schneller als andere Teile davon) und ist auch das Ergebnis tiefer atmosphärischer Strömungen. Juno hat herausgefunden, dass das Gravitationsfeld um Jupiter von Pol zu Pol variiert. Je tiefer die Jets, desto mehr Masse müssen sie enthalten, was zu einem stärkeren Signal im Schwerefeld führen würde. Durch das Studium des Schwerefelds konnten Wissenschaftler also bestimmen, wie tief diese Jetstreams unter die sichtbaren Wolken eindringen. Juno-Daten zeigten, dass diese Wetterschicht des Jupiter viel tiefer verläuft als erwartet und massiver als vorhergesagt ist – sie erreicht Tiefen von 3000 km. Die atmosphärischen Winde auf Jupiter reichen tief in seine Atmosphäre und sie dauern viel länger als ähnliche atmosphärische Prozesse, die wir auf der Erde beobachten.

Das Mikrowellen-Radiometer (MWR) von Juno ist in der Lage, die atmosphärische Temperatur in verschiedenen Tiefen zu messen, da Wasser und Ammoniak bestimmte Wellenlängen der Mikrowellenstrahlung gut absorbieren. Es ist der Prozess, nach dem unsere Mikrowellenherde funktionieren – Wassermoleküle in unseren Lebensmitteln absorbieren die Energie der Mikrowellen, wodurch die Lebensmittel schnell erhitzt werden. Temperaturmessungen geben daher einen Hinweis auf die Menge an Wasser und Ammoniak tief in der Atmosphäre des Jupiter. Die MWR-Daten haben gezeigt, dass der Gürtel in der Nähe des Äquators den ganzen Weg nach unten durchdringt (von der Spitze der Ammoniakwolken bis tief in die Atmosphäre), während sich die Gürtel und Zonen in anderen Breitengraden zu anderen Strukturen zu entwickeln scheinen. Die Galileo-Sonde sendete Daten aus Tiefen von 120 km zurück, bevor sie die Übertragung einstellte – in diesen Tiefen herrschte ein Druck von etwa dem 22-fachen des atmosphärischen Drucks auf der Erde. Aber die Sensoren von Juno können die Temperatur und damit den Wassergehalt in Tiefen messen, in denen der Druck 50-mal höher ist als der der Galileo-Sonde.

Die polare Umlaufbahn von Juno bietet spektakuläre Ansichten ihrer Pole und JunoCam (das Kamerainstrument, das ursprünglich als Outreach-Tool gedacht war) hat einige wirklich atemberaubende Bilder von erdgroßen wirbelnden Stürmen aufgenommen, die dicht an den Nord- und Südpolen des Jupiter gruppiert sind. Am Nordpol gibt es acht Stürme, die einen einzigen Polarzyklon umkreisen, und im Süden wurden fünf weitere, die um einen Zentralsturm angeordnet waren, frühzeitig erkannt. Aber bei einem neueren Vorbeiflug entdeckte Juno einen weiteren, der im Süden aufwuchs. Diese Stürme bleiben den Wissenschaftlern ein Rätsel, wie sie sich gebildet haben, warum die Stürme in einer stabilen Konfiguration bleiben und sich nicht gegenseitig zu unterbrechen scheinen, wenn sie nebeneinander reiben und warum sie an beiden Polen nicht gleich aussehen. Für den Rest der Mission wird Juno diese Stürme weiterhin beobachten, um zu sehen, ob sie anhalten oder ob sie verschwinden.

Jupiters Südpol

Der Große Rote Fleck ist vielleicht das größte Merkmal des Jupiter – es ist ein riesiger, tobender Sturm auf seiner Oberfläche. Obwohl Wissenschaftler es als Sturm bezeichnen, ist es technisch gesehen ein Hochdruckgebiet. Ähnlich wie bei Wirbelstürmen und Hurrikanen auf der Erde ist das Zentrum relativ ruhig, aber an der Peripherie wehen Winde zwischen 430 und 680 km/h.

Während er seit mindestens 200 Jahren über Jupiter wirbelt (so lange wurden schriftliche Aufzeichnungen über seine Größe gesammelt), könnte er tatsächlich eher 350 Jahre alt sein, wenn frühe Beobachtungen eines ähnlichen Sturms tatsächlich vom Großen Roten Fleck selbst stammen. Aber dieses enorme Merkmal hat das Schrumpfen verlangsamt – Aufzeichnungen über seine Größe zeigten, dass es im 19. Aber Juno hat gezeigt, dass sie jetzt näher an der anderthalbfachen Breite der Erde ist. Dieses Schrumpfen beschleunigte sich im Mai 2019 merklich und es wurden Blätter oder Flocken (Fragmente des Sturms) gesehen, die den Hauptsturm abbrachen, der in die umliegenden Regionen sprudelte, und es wurden auch Streifen aus dunklem Material beobachtet, die aus dem Spot flossen – was ihn als . erscheinen ließ obwohl der Sturm sich auflöst. Daher beobachten Astronomen, sowohl Profis als auch Amateure, eifrig.

Die Stürme auf dem Jupiter sind hartnäckiger als ähnliche Phänomene auf der Erde. Hurrikane wachsen über den Ozeanen und wenn sie das Land erreichen, lösen sie sich auf, weil das Land die Stürme verlangsamt. Da Jupiter jedoch keine Oberfläche als solche hat, können die Winde Jahrhunderte anhalten – manchmal verschmelzen sie sogar zu größeren Strukturen oder verschlingen einfach kleinere benachbarte Stürme, die zu nahe kommen.

Es wird angenommen, dass der Große Rote Fleck ein Auftriebsgebiet ist, in dem Wolken von unten aufsteigen. Einige Stürme sind weiß, aber viele nehmen die ziegelrote Farbe an wie dieser Sturm. Die genaue Chemie und Zusammensetzung, die für die Farbe verantwortlich sind, muss noch bestimmt werden, aber die Hauptwolkenschicht des Großen Roten Flecks ist wahrscheinlich Ammoniak, also könnte dies ein Faktor sein.

Obwohl wir seine Breite sehen und seine Größe messen können, waren Wissenschaftler eifrig daran, herauszufinden, wie tief dieser Sturm vordringt. Juno konnte enthüllen, dass dieser Great Spot Wurzeln hat, die etwa 300 km tief in seine Atmosphäre reichen – das ist 50 bis 100 Mal tiefer als die Ozeane der Erde. Darüber hinaus ist die Basis des Sturms wärmer als an der Spitze und da Winde mit Temperaturunterschieden verbunden sind (warme Luft steigt auf und kalte Luft sinkt), erklärt die Wärme am Fuß des Großen Roten Flecks die Wildnis Winde, die an der Spitze der Atmosphäre zu sehen sind.

Jupiter

Jupiters großer roter Fleck aus JunoCam-Bildern. (Bild: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart)

Missionsziel 3: Das Gravitationsfeld und das Magnetfeld um diesen Monsterplaneten zu kartieren, was einen Hinweis auf die Tiefenstruktur des Jupiter gibt.

Eines der Instrumente an Bord der Juno ist das Gravitationsinstrument, das die Anziehungskraft von Jupiter auf die Raumsonde während ihrer Umlaufbahn misst. Wenn Juno also beim Überfliegen einer Region ein stärkeres Ziehen spürt, kann dies darauf schließen, dass sich unter den sichtbaren Wolken, über die sie fliegt, etwas Massiveres oder eine dichtere Region befindet. Nun, da Juno genug Umlaufbahnen um Jupiter gemacht hat, um ein globales Bild von ihm zu erstellen, können die Gravitationsdaten verwendet werden, um eine Dichtekarte dieses Gasriesen zu erstellen und zu enthüllen, was darunter verborgen ist.

Es gibt die beiden führenden Theorien für die Entstehung von Jupiter – dass Gesteinsschutt langsam zu einem festen Kern zusammengewachsen ist, der dann groß genug wurde, dass seine Anziehungskraft das leichtere Wasserstoff- und Heliumgas in eine riesige Hülle um sich herum aufwirbelte, und die andere Idee ist, dass Jupiter wurde aus einer dichten Gastasche geboren, die um die Sonne herumwirbelte und ohne einen felsigen Kern in sich zusammenbrach. Da wir nicht direkt in das Zentrum des Jupiter blicken können, ist seine innere Struktur etwas, das Wissenschaftlern jahrzehntelang entgangen ist.

Aber damit ist Juno wieder einmal vorangekommen. Von der Beschleunigung oder Verlangsamung durch Jupiters Gravitation über verschiedene Regionen hinweg konnten Wissenschaftler die Massenverteilung um den Planeten mit dem Gravitationsinstrument verfolgen. Die Daten deuten darauf hin, dass Jupiter einen Kern hat, aber nicht wie erwartet. Es ist kein kompakter Ball im Zentrum mit einer klar definierten Kante, sondern ein unscharfer verdünnter Kern, der sich über fast die Hälfte des 143.000 km langen Jupiterdurchmessers ausbreitet. Der Grund dafür ist immer noch ein Rätsel, obwohl einige vorgeschlagen haben, dass es in seinem frühen Leben getroffen wurde, was dazu führte, dass Material aus dem Kern mit der Wasserstoff-Helium-Hülle vermischt wurde, die einen Großteil des Rests des Planeten ausfüllt. Es ist also unwahrscheinlich, dass Jupiter einen festen Kern hat, aber da das Gas aus den oberen Schichten in den darunter liegenden Schichten gequetscht und zusammengezogen wird, verwandeln die steigenden Temperaturen und der Druck zum Zerkleinern das Gas wahrscheinlich in etwas exotischeres – flüssigen metallischen Wasserstoff (ähnlich). zum Quecksilber in alten Thermometern). Die Temperatur in den Wolken des Jupiter beträgt etwa minus 145 Grad Celsius, aber in der Nähe des Planetenzentrums ist es viel heißer - es könnte etwa 24.000 Grad Celsius betragen, was es heißer machen würde als die Oberfläche der Sonne.

Jupiter

Die innere Struktur des Jupiter hat Auswirkungen auf andere Aspekte seines Verhaltens. Vor der Juno-Mission war sich Wissenschaftlern bewusst, dass Jupiter ein unglaublich intensives Magnetfeld hat, aber die Ergebnisse von Junos Magnetometer-Instrument haben gezeigt, dass es unregelmäßiger und stärker ist, als jeder erwartet hatte – etwa 10 Mal stärker als das stärkste Magnetfeld auf der Erde .

Das Magnetometer der Raumsonde, das das große Magnetfeld des Gasriesen kartiert, fand dieses bemerkenswerte Ergebnis auf seiner ersten Umlaufbahn um den Jupiter und jetzt, da genügend Daten gesammelt wurden, um eine globale Abdeckung bereitzustellen und das Magnetfeld des Planeten zu kartieren – ist etwas sehr Seltsames aufgetaucht. Das Magnetfeld ist klumpig und ungleichmäßig – an manchen Stellen stärker als an anderen. Das Erdmagnetfeld wird von einem Dynamo erzeugt. Den festen Kern der Erde umgibt eine elektrisch leitende Flüssigkeit – flüssiges Eisen. Die Rotation dieser Flüssigkeit erzeugt das Magnetfeld unseres Planeten. Unser Planet hat zwei Pole – die magnetischen Nord- und Südpole mit Feldlinien, die denen um einen Stabmagneten ähneln – es ist also, als ob es einen Stabmagneten in der Erde gäbe. Aber das Magnetfeld des Jupiter ist ein bisschen durcheinander und das ist eine Untertreibung. Stellen Sie sich vor, Sie nehmen einen Stabmagneten, biegen ihn so, dass er nicht ganz gerade ist, fransen dann ein Ende davon aus und teilen das andere Ende in zwei Teile, bevor Sie ihn in einem dunklen Winkel in den Planeten platzieren. Im Norden sprießen die magnetischen Feldlinien wie Unkraut und nicht um einen zentralen Punkt (das ist das ausgefranste Ende) und dann im Süden - einige Feldlinien konvergieren und dringen in den Planeten um seinen Südpol ein, andere sammeln sich wieder in den Planeten hinein eine Region südlich des Äquators – die jetzt den Großen Blauen Fleck genannt wird (etwas verwirrend, weil es kein Sturm ist). Die Ungleichmäßigkeit des Jupiter-Magnetfelds deutet darauf hin, dass das Magnetfeld eher durch eine Dynamowirkung an der Oberfläche erzeugt wird als aus der Tiefe, wie dies bei der Erde der Fall ist.

Missionsziel 4: Erforschung der Magnetosphäre des Jupiter (die Region um den Planeten, in der geladene Teilchen von seinem Magnetfeld beeinflusst werden) insbesondere in der Nähe seiner Pole. Dies wird neue Erkenntnisse darüber liefern, wie das gigantische Magnetfeld des Jupiter seine Atmosphäre und die Entstehung seiner Polarlichter beeinflusst.

Obwohl Juno zum ersten Mal von der Raumsonde Voyager 1 entdeckt wurde, eignen sie sich dank ihrer polaren Umlaufbahnen perfekt für die Untersuchung der stärksten Nordlichter im Sonnensystem. Sie bedecken riesige Regionen der Pole des Planeten und sind hundertmal energiereicher als Polarlichter auf der Erde. Die polare Umlaufbahn von Juno hat es auch ermöglicht, Ansichten von Jupiters südlichen Polarlichtern aufzunehmen, die von der Erde aus aufgrund des Winkels des Jupiter aus unserer erdgebundenen Sicht schwer zu sehen sind.

Aurorae werden durch beschleunigte geladene Teilchen verursacht, die mit Atomen in der Atmosphäre eines Planeten kollidieren, die dann Energie in Form von Licht freisetzen. Auf der Erde sind es geladene Teilchen der Sonne (der Sonnenwind), die mit den Atomen in der Erdatmosphäre interagieren und zu der spektakulären Lichtshow führen, die die Polarlichter sind. Die geladenen Teilchen werden durch das Magnetfeld der Erde zu den Polen des Planeten getrieben und die resultierende Lichtshow erscheint im sichtbaren Licht. Die Polarlichter des Jupiter sind die gleichen fundamentalen Phänomene, sie werden jedoch nicht nur durch geladene Teilchen von der Sonne verursacht, sondern auch von einem ihrer Monde – Io. Aber Jupiters Polarlichter leuchten hell im Ultraviolett und in Röntgenstrahlen (und sogar in anderem Licht) und nicht im sichtbaren Licht, sodass wir sie mit unseren Augen nicht sehen könnten.

Jupiter

Aber ab und zu wachsen die Polarlichter zu einer unglaublichen Intensität und es kommt nicht von einer riesigen Sonneneruption. Io ist ein vulkanisch aktiver Mond. Der Vulkanismus ist das Ergebnis von Gravitationszerrungen an seiner Oberfläche und im Inneren, nicht nur vom Jupiter, sondern auch von den anderen großen galiläischen Monden, die in der Nähe kreisen. Dieses Ziehen oder Biegen der Gezeiten erwärmt das Innere von Io und treibt eine Reihe von Vulkanen an seiner Oberfläche aus. Io stößt eine riesige Menge Schwefeldioxid und Sauerstoffgas in den Weltraum aus und dieses Material wird durch das Magnetfeld des Jupiter ionisiert oder aufgeladen und bildet eine donutförmige Spur oder einen Torus um Ios Umlaufbahn, den Io-Plasma-Torus. Im Laufe der Zeit interagieren die Teilchen in der Magnetosphäre mit der Jupiteratmosphäre, um Polarlichter zu erzeugen, aber gelegentlich gibt es auch helle Flecken in den Polarlichtern von geladenen Teilchen, die direkt von Io in Richtung Jupiteratmosphäre strömen.

Jupiter

Das große Magnetfeld des Jupiter ist das Ergebnis seiner schnellen Rotation. Obwohl Jupiter zehnmal breiter als die Erde ist, schafft er es, sich zweieinhalbmal schneller um seine Achse zu drehen und eine volle Umdrehung in weniger als 10 Stunden durchzuführen. Wie Juno zu entdecken begonnen hat, wird das Magnetfeld nicht vom Kern des Jupiter erzeugt, sondern von seiner metallischen Wasserstoffschicht, die näher an der Oberfläche liegt. Die Magnetosphäre des Jupiter (der Raum um ihn herum, der geladene Teilchen beeinflusst) ist größer als die Sonne! Und aufgrund seines unglaublich starken Magnetfelds hören die Polarlichter auf Jupiter nie auf. Die superschnelle Rotation soll die geladenen Teilchen stärker mit einem größeren Kick in die Atmosphäre des Jupiter beschleunigen.

Da Polarlichter auf der Erde und Jupiter dasselbe Phänomen sind, erwarteten Wissenschaftler, dass die geladenen Teilchen, die in die Atmosphäre des Jupiter einschlagen, ihre Energie auf die gleiche Weise erhalten würden, wie die geladenen Teilchen, die mit der Erdatmosphäre kollidieren. Das heißt, wenn geladene Teilchen sich spiralförmig um die magnetischen Feldlinien eines Planeten drehen, erzeugen sie im Raum über der Atmosphäre elektrische Ströme. Wenn geladene Teilchen sich durch diesen Raum bewegen, erhalten sie einen Energiestoß und werden beschleunigt - wenn diese beschleunigten Teilchen mit kollidieren ein Atom in der Atmosphäre, dass die energiereichsten Polarlichter produziert werden. Aber Juno hat gefolgert, dass derselbe Mechanismus nicht für die Erzeugung ALLER intensiven Polarlichter auf Jupiter verantwortlich ist. Bei seinem ersten Vorbeiflug über die Polarlichter entdeckte es nicht wie erwartet die geladenen Teilchen, die mit diesem größeren Kick auf die Atmosphäre des Jupiters geschossen wurden, aber bei nachfolgenden Vorbeiflügen tat es.

Eine mögliche Erklärung ist, dass sich direkt über der Atmosphäre des Jupiter eine Plasmaregion (eine Region ionisierter oder geladener Teilchen) befindet und wie Surfer auf Meereswellen Teilchen durch Wellen im Plasma beschleunigt werden können. Durch die Wechselwirkung mit vielen Wellen gewinnen die Teilchen langsam an Energie, und diejenigen, die die meiste Energie gewinnen, könnten die andere Ursache für Jupiters intensive Polarlichter sein, aber es ist immer noch eine Hypothese, da die Forscher nicht herausgefunden haben, wie diese Plasmawellen erzeugt werden könnten.

Die Zukunft von Juno

Im Juni 2012 verlängerte die NASA die Laufzeit der Mission bis Juli 2021. Die stark elliptische Umlaufbahn der Juno, die sie nur für wenige Stunden ihrer 53-Tage-Umlaufbahn dem Planeten nahe bringen würde, sollte die ständige Strahlenbelastung begrenzen, um die empfindlichen Komponenten der Raumsonde zu schützen vor Zerstörung. Es wurde nur für ein paar enge Pässe erwartet, aber es fliegt heute immer noch stark! Die längere Umlaufbahn von 53 Tagen bedeutet, dass es mehr Zeit in Anspruch nehmen wird, die benötigten wissenschaftlichen Daten zu sammeln, und obwohl sie über eine unbegrenzte Brennstoffquelle verfügt, da sie solarbetrieben ist, wird die Gesamtdauer der Mission wahrscheinlich eher durch das Budget als durch die Strahlenbelastung durch Reisen begrenzt durch Jupiters Magnetosphäre (so wie es bisher gut läuft).

In ihrem letzten geplanten Jahr, in dem sie Jupiter umkreist, wird Juno weiterhin tiefer in die Geheimnisse des Jupiter eintauchen und dazu beitragen, tiefergehende Antworten auf seine Missionsziele zu geben. Zur Hälfte seiner Mission hat es die globale Abdeckung des Jupiter abgeschlossen, wenn auch in groben Details, aber in den verbleibenden Monaten wird es Umlaufbahnen vervollständigen, die es auf halbem Weg zwischen diesen vorherigen Umlaufbahnen genommen haben, was bedeutet, dass es in der Lage sein wird, ein noch detaillierteres Bild des gesamten Planeten zu liefern. Wenn die Sonde gesund bleibt, besteht möglicherweise die Möglichkeit, sie über das Ende ihrer Hauptmission hinaus zu verlängern, aber der Status der Instrumente des Raumfahrzeugs muss überwacht werden, um das Risiko einer unerwünschten Kollision mit den Jupitermonden zu minimieren, falls das Raumfahrzeug nicht so funktioniert erforderlich und natürlich müssen die Budgets überprüft werden.

Bildsequenz der Juno-Raumsonde

Bildsequenz der Juno-Raumsonde. (Bild: NASA / JPL-Caltech /SwRI / MSSS / Brian Swift / Seán Doran)

Am Ende der Mission plant die NASA, die Raumsonde Juno zu verlassen und in die Atmosphäre des Jupiter einzutauchen – ähnlich wie dies die Galileo-Sonde 1995 tat. Als sie ihren gefährlichen Abstieg machte, wurde die Galileo-Sonde von Winden von 640 . getroffen km/h und wurde auf Temperaturen erhitzt, die doppelt so hoch waren wie auf der Sonnenoberfläche – das erwartet Juno, wenn sie in die Jupiteratmosphäre schreit. Der Deorbit ist für den 30. Juli 2021 geplant und durch die Kontrolle des Raumfahrzeugs nach seinem Untergang wird sichergestellt, dass das Raumfahrzeug in Übereinstimmung mit den NASA-Richtlinien zum Schutz des Planeten betrieben wird, damit es nicht als Weltraumschrott verbleiben oder eine Kontamination durch Kollision mit anderen Himmelskörpern riskieren wird, da es wahrscheinlich zerfallen, wenn es tiefer in die Atmosphäre des Jupiter eintaucht. Aber in seinen letzten Momenten wird es zweifellos viele erwartete und entscheidende Daten über das Innere des Jupiter liefern.

Geschrieben von Dhara Patel - Astronomy Education Officer (Juni 2020)