Die Juno-Mission der NASA hat bereits alle möglichen Erwartungen übertroffen. Als die Sonde im Juli letzten Jahres nach einer fünfjährigen Reise auf dem Jupiter ankam, wurde sie zum am weitesten von der Erde entfernten solarbetriebenen Objekt und flog auch schneller als jedes andere von Menschen geschaffene Objekt. Die Flugbahn der Sonde ist näher am donnernden Gasriesen als jedes andere Fahrzeug, das zuvor dort war. Und dies ist das erste Raumschiff, das an den mysteriösen Polen des Jupiter vorbeifährt und entgegen den meisten Annahmen feststellt, dass sie blau sind und keine für den Planeten charakteristischen Streifen aufweisen.
Im vergangenen August flog Juno über Jupiter und sammelte Daten, die Wissenschaftler seitdem entschlüsseln. Heute wurden zwei Artikel zum Thema Jupiters Auroren, Atmosphäre, Magnet- und Gravitationsfelder veröffentlicht. Jupiters atmosphärische Dynamik ähnelt nicht nur der der Erde, sie ist auch viel komplexer und veränderlicher. Um Jupiter vollständig zu verstehen, reicht eine einzelne Sonde möglicherweise nicht aus. Zum Glück macht Juno einen guten Job.
Es lohnt sich, mit der oberen Atmosphäre und Jupiters Auroren zu beginnen. Wissenschaftler wussten bereits, dass Jupiters Aurora Borealis das übliche Nordlicht zu einem dumpfen Flackern macht: Sie sind hunderte Male energischer und bedecken ein größeres Gebiet als der gesamte Planet Erde. Juno verwendet verschiedene Instrumente, um die energetischen Teilchen dieser Auroren und die Physik zu untersuchen, die ihre Dynamik bestimmen. Und wenn die Daten des ersten Ansatzes es uns ermöglichen, bestimmte Schlussfolgerungen zu ziehen, unterscheiden sich die Auroren des Jupiter stark von denen auf der Erde.
"Ich möchte wirklich interpretieren, was ich auf einem anderen Planeten auf der Erde gesehen habe", sagt Jack Connerney, Astrophysiker am Space Flight Center. Goddard bei der NASA. "Bis letzte Woche gingen in unseren Modellen der Jupiter-Auroren die Elektronen in die falsche Richtung."
Auf der Erde werden die Elektronen des Magnetfelds des Planeten vom Sonnenwind angeregt und dann zu den Polen geschickt, wo sie in andere Atome und Moleküle fliegen und ein charakteristisches Leuchten abgeben. Auf Jupiter haben die Juno-Instrumente entdeckt, dass Elektronen tatsächlich angeregt werden, wenn sie die Polarregionen verlassen.
Darüber hinaus deuten alle Anzeichen darauf hin, dass Planetenforscher Jupiters atmosphärische Dynamik im Allgemeinen falsch eingeschätzt haben.
"Wissenschaftler glaubten, dass die Sonne die primäre Energiequelle in der Atmosphäre sein würde", sagt Scott Bolton, Junos Hauptforscher und Hauptautor eines anderen Papiers. "Also gingen sie davon aus, dass die Partikel einfach und leicht zu sehen sind, sobald wir unter das Sonnenlicht geraten."
Aber alles stellte sich als falsch heraus: Die Partikel in Jupiters Atmosphäre sind so vielfältig und ausgekleidet wie das berühmte gestreifte Erscheinungsbild des Planeten. Von besonderem Interesse ist der äquatoriale Ammoniakgürtel, der sich Hunderte von Kilometern bis zum Kern des Planeten erstreckt - so weit das Juno-Instrument reicht. Basierend auf den aktuellsten Modellen der Jupiter-Atmosphäre sollte dies überhaupt nicht so sein.
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Besonders aktiv waren die tiefen Schichten der Jupiter-Atmosphäre: die Magnet- und Gravitationsfelder, die die Sonde abbilden will.
"Wenn Jupiter nur ein großer und sich drehender Gasball wäre, sollte es in seinem Gravitationsfeld keine seltsamen Harmonischen geben", sagt Connerney. Die Schwerkraft des Jupiter ist jedoch nicht gleichmäßig, was auf eine tiefe Konvektion hinweisen kann. Tropfen tief im Jupiter können zu Gravitationsschwankungen führen, genauso wie Änderungen des atmosphärischen Drucks das Wetter auf der Erde verändern. Jupiters Magnetfeld erwies sich auch geografisch als veränderlicher als von Wissenschaftlern erwartet.
Junos Team versteht immer noch nicht, warum Jupiters Atmosphäre so unorganisiert ist, obwohl Connerney es wagt anzunehmen, dass alle Schwankungen mit einer tiefen Konvektion verbunden sein könnten, die im Gravitationsfeld ausgedrückt wird und auch zu einem ungleichmäßigen Magnetfeld führt. "Im Nachhinein fragen wir uns, warum wir dachten, dass es einfach und langweilig werden würde", sagt Bolton.
Ein detailliertes Verständnis der Jupiter-Atmosphäre könnte Wissenschaftlern helfen, einige der seltsamsten Merkmale der Erde zu verstehen. Bolton vergleicht Jupiters äquatoriales Ammoniak mit der tropischen Zone um den Erdäquator. "Das Konzept, das wir auf der Erde haben, ist, dass sich der Streifen entwickelt, weil die Luft einen Ozean hat, von dem man abprallen kann", sagt Bolton. „Aber Jupiter nicht. Warum sieht dort alles gleich aus? Vielleicht verstehen wir etwas Grundlegendes über die Atmosphäre nicht. Vielleicht waren unsere Annahmen über die Erde falsch."
Die gleiche Informationsübertragung kann auf das Erdmagnetfeld angewendet werden, das schwer zu untersuchen ist, da es tief unter der Erdkruste erzeugt und teilweise durch zufällige Eisenablagerungen verdeckt wird. Jupiter hat keine Kruste und keine zusätzlichen Magnete zum Sammeln von Daten. Dies ist das erste Mal, dass wir die Gelegenheit haben, einen echten magnetischen Dynamo zu betrachten. Vielleicht hätten wir mit Jupiter anfangen sollen.
All diese Entdeckungen fordern unser Verständnis des Raums heraus - und das nicht nur wegen der Ergebnisse. Normalerweise senden Wissenschaftler zuerst eine Sonde an den Planeten, gefolgt von einem Orbiter, der mit allen Datengeräten ausgestattet ist, die die Sonde sammeln wird. Unsere Vorstellung davon, wie Jupiter und die Riesenplaneten in den letzten Jahrzehnten funktionieren, war zu einfach.
Und das bedeutet, wir brauchen mehr Missionen im Stil von "Juno" - mit mehr Umlaufbahnen, die es uns ermöglichen, eine vollständige Karte des Planeten zu erstellen. Zum Glück hat diese Sonde ihren Job gemacht. Es ist nur der Anfang.
ILYA KHEL
