Planetare Rätsel
Warum die Gasplaneten Magnetfelder haben
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- Saturn und sein Nachbar Jupiter besitzen Magnetfelder, doch deren Quelle ist nicht bekannt. (NASA)
Planetologie. - Erde und Merkur haben eins, der Mars hatte eins, die Venus vielleicht niemals. Magnetfelder umhüllen manche Planeten des Sonnensystems, andere nicht. Warum die Gasplaneten und manche ihrer Monde ein Magnetfeld besitzen, erörterten Wissenschaftler auf einer Fachtagung in Köln.
So klingt es, wenn der Wind weht auf Jupiter, aufgenommen von der Raumsonde "Voyager-1" und von der US-Raumfahrtbehörde Nasa im Frequenzspektrum ins Hörbare verschoben. Denn dies sind keine irdischen Winde. Es handelt sich vielmehr um die Wechselwirkung des Planeten Jupiter mit dem Sonnenwind. Noch genauer: ionisierte Teilchen des Sonnenwindes treffen auf die Magnetosphäre des Gasriesen und wechselwirken mit ihr.
"Bei Jupiter ist klar, dass er ein eigenes Magnetfeld hat. Es ist sogar der Planet in unserem Sonnensystem, der das stärkste Magnetfeld hat. Aber es ist nicht klar, wie der Dynamo, wie das Magnetfeld erzeugt wird."
Joachim Sauer ist der Leiter des Instituts für Geophysik und Meteorologie der Uni Köln, das in dieser Woche die Tagung rund um die Magnetosphären von Jupiter und Co ausgerichtet hat. Als Magnetosphäre bezeichnen Astronomen das Magnetfeld eines Planeten. Und genau darin liegt die Crux: Manche Planeten haben eines, andere nicht. Manche Monde haben eines, andere nicht. Sauer:
"Das Erdmagnetfeld, das kommt aus dem Erdinneren. Da sind Ströme im Innern der Erde, was wir den Erdkern nennen, die praktisch wie ein Dynamo funktionieren und ein großes Magnetfeld erzeugen. Interessanterweise die Venus, die ziemlich ähnlich aussieht wie die Erde, die hat kein Magnetfeld. Wahrscheinlich weil sie sich zu langsam dreht. Die Erde dreht sich halt einmal am Tag, Venus dreht sich einmal alle 250 Tage oder so. Ist also sehr langsam. Wohingegen die äußeren Planeten wie Jupiter, Saturn, Uranus, die drehen sich sehr schnell, also einmal etwa alle 10 Stunden."
Das Tempo der Eigendrehung eines Planeten könnte also dafür verantwortlich sein, ob es den Dynamo in Schwung und damit das Magnetfeld des entsprechenden Himmelskörpers erhalten kann. Sauer:
"Wenn der Planet zu klein ist, dann ist er wahrscheinlich ganz ausgefroren, dann hat er keinen flüssigen Kern mehr, dann kann er auch kein Magnetfeld haben – wie unser Mond zum Beispiel, der hat keins mehr."
Aber auch hier bestätigen die Ausnahmen in unserem Sonnensystem die Regel: Ganymed, einer der Monde Jupiters, hat ein eigenes Magnetfeld, und das obwohl er kein Planet ist.
"Es ist gleichzeitig auch der größte Mond in unserem Sonnensystem, und er dreht sich auch relativ schnell - mehrere Tage ist die Rotationsperiode. Und wahrscheinlich weil er wohl der größte Mond in unserem Sonnensystem ist und auch ein leitfähiges Inneres besitzt, deswegen wird er wohl einen Dynamo haben."
Jupiters Nachbarplanet Saturn stellt die Astronomen vor noch größere Rätsel. Auch hier ist nicht bekannt, ob der Planet über einen Kern verfügt. Erschwerend kommt hinzu, dass die Planetologen nicht genau sagen können, wie schnell Saturn sich dreht.
"Weil Saturn ein Gasplanet ist, kann man die Rotationsrate schwer bestimmen. Hier auf der Erde kann man eine Fahne in Greenwich, London, reinstecken, und dann weiß man, wie schnell die Erde rotiert. Auf den Gasplaneten gibt es keine Landstruktur, an der man einen Null-Meridian festmachen kann. Und deswegen macht man das über das Magnetfeld. Das Magnetfeld hat eine gewisse Orientierung, und die Ausrichtung dieses Magnetfeldes bestimmt den Null-Meridian. Basiert auf diesem Null-Meridian kann man dann die Tageslänge oder die Rotationsrate des Planeten bestimmen."
Das Magnetfeld Saturns nutzen die Astronomen wie einen Leuchtturm. Es dreht sich mit dem Planeten mit. Mal zeigt es in Richtung Erde, mal von der Erde weg. Anhand dieses Rhythmus haben Planetenwissenschaftler die Länge eines Saturn-Tages auf zehn Stunden und 35 Minuten bestimmt – ungefähr!
"Bei Saturn – und das ist eine neue Erkenntnis der Saturn-Mission– sieht es nun so aus, als würde sich die Rotationsrate von Saturn um ein paar Prozent innerhalb eines Jahres ändern. Das kann natürlich nicht sein, aber was jetzt der Grund ist für die scheinbare Änderung – das ist eins der ungelösten Probleme, und darum geht es hauptsächlich in dieser Konferenz. Und wir haben die Lösung auch immer noch nicht rausbekommen."