Geheimnisvolles Leuchten

Die Stärke dieser Elektronenströme unterliegt pulsförmigen Schwankungen. Das deutet darauf hin, dass es auf der Tagseite des Planeten eine permanente Quelle für solche Elektronen durch die magnetische Rekonnexion gibt. Bei einer solchen Umorientierung des Magnetfelds wandelt sich die magnetische Energie der Elektronen in kinetische Energie um. „Diese Elektronen regnen dann auf der Nachtseite nieder, wo sie durch die Wechselwirkung mit der dünnen Exosphäre Polarlichter erzeugen“, erklärt Fränz.

Die Elektronen werden durch die Exosphäre kaum gebremst und schlagen daher auf der Oberfläche ein. Dort ionisieren sie Moleküle, was Röntgenstrahlung freisetzt.

Jupiters mächtige Polarlichter

Schon häufiger haben Raumsonden den Jupiter besucht. Für die neuesten Beobachtungen kamen allerdings irdische Observatorien zum Einsatz: das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Chile und das International Gemini Observatory auf Hawaii. Diese leistungsstarken Teleskope können Spektrallinien einzelner Moleküle mit hoher Auflösung messen und dadurch die Molekülverteilung in unterschiedlichen Regionen von Jupiter bestimmen.

„Wir haben bei unseren jüngsten Untersuchungen Spurengase in Jupiters Atmosphäre gemessen, die der Komet Shoemaker-Levy bei seinem Sturz in den Gasriesen im Juli 1994 hinterlassen hat“, sagt Paul Hartogh, der ebenfalls am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung tätig ist. „Dieser Komet war ein Glücksfall. Er hat Stoffe in die höheren Schichten der Atmosphäre eingebracht, die dort natürlicherweise nicht auftreten. Indem wir untersuchen, wie sich diese Substanzen im Lauf der Zeit räumlich verteilen, lernen wir immer noch viel über die Prozesse dort.“

In den letzten 30 Jahren hat sich die Beobachtungstechnik enorm verfeinert. Zum Glück sind die Abbauraten der vom Kometen eingebrachten Substanzen wie Kohlenmonoxid und Blausäure so gering, dass sie noch immer in ausreichender Menge vorhanden sind. Dabei haben die Forscher eine überraschende Entdeckung gemacht: „In den Polregionen, wo extrem starke Polarlichter leuchten, verringert sich die Konzentration von Blausäure in der Jupiter-Stratosphäre extrem, während Kohlenmonoxid in normaler Konzentration vorliegt“, fasst Hartogh die Beobachtungen zusammen.

Die Stratosphäre liegt bei Jupiter wie bei der Erde oberhalb der sichtbaren Wolkendecke der Troposphäre, von der sie durch die Tropopause getrennt ist. Allerdings sind die Dimensionen größer: Auf der Erde dehnt sich die Stratosphäre bis in eine Höhe von rund 50 Kilometern aus, bei Jupiter bis zu 400 Kilometer über der Wolkendecke.

Nun braucht es einige Jahre, bis sich neue Substanzen in der Stratosphäre rund um den Planeten verteilen. „Wenn das Kohlenmonoxid es bis in die Polregionen geschafft hat, sollte das aber auch für die Blausäure gelten“, wundert sich Hartogh. „Wenn deren Konzentration nun in den Polregionen um bis zu zwei Größenordnungen sinkt, kann das nur daran liegen, dass die Konzentration der Blausäure in diesen Regionen entfernt wird.“

Bei der Lösung dieses Rätsels kommen Jupiters mächtige Polarlichter ins Spiel: Denn in der Stratosphäre des Gasriesen ist viel Methan enthalten, das durch die ionisierenden Leuchterscheinungen zu vielfältigen chemischen Prozessen angeregt wird. So entstehen aus Methan (CH₄), das nur ein Kohlenstoffatom enthält, komplexere Kohlenwasserstoffe: Über Benzol und Pyren bilden sich weitere polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Diese können auch Blausäure an sich binden und chemisch abbauen oder auch beim Absinken in tiefere Wolkenschichten mit sich ziehen, wo sie nicht mehr nachweisbar ist. Das Fehlen der Blausäure liegt also an chemischen Prozessen, die durch die Polarlichter ausgelöst werden.

Die Forscher wollen Jupiters Polarregionen künftig auch mithilfe des James Webb Space Telescope untersuchen. Sie sind äußerst gespannt. „Als Komet Shoemaker-Levy 9 im Jahr 1994 auf Jupiter eingeschlagen ist, konnte man von den heutigen Möglichkeiten nur träumen“, sagt Hartogh.