Mysterie over poollicht op Jupiter opgehelderd

Op Aarde ontstaat poollicht wanneer elektrisch geladen deeltjes van de zon (die door de zonnewind onze planeet bereiken) door het aardmagnetisch veld worden afgebogen naar de polen en er botsen met deeltjes in de atmosfeer. Op Aarde zijn aurora's alleen zichtbaar in de zogenaamde poollichtovalen (tussen 65 en 80 graden noorder- en zuiderbreedte). Boven die breedtegraden komen ze niet voor door de open magnetische veldlijnen, die zijn verbonden met de zonnewind.

Mocht het er op Jupiter hetzelfde aan toegaan, zouden geen grote aurora's verwacht worden op de planeet. De lichtverschijnselen hebben er dan ook andere kenmerken. Omdat de gasreus ook boven de voornaamste poollichtovalen gesloten veldlijnen heeft, die de planeet aan de ene kan verlaten en aan de andere kant weer raken, komen ze ook bij de eigenlijke polen voor. Bovendien pulseert het poollicht met regelmaat en is het soms verschillend aan de noord- en zuidpool.

Op basis van de röntgenstralen die bij de aurora's op Jupiter vrijkomen, konden wetenschappers al uitvissen dat ze worden veroorzaakt door elektrisch geladen atomen (ionen) die in de atmosfeer neerstorten. Maar hoe die geladen deeltjes in de eerste plaats tot in de atmosfeer van de grootste planeet van ons zonnestelsel raken, bleef tot nu een raadsel.

Astrofysicus Zhonghua Yao (onderzoeker bij het Instituut voor Geologie en Geofysica in Peking en in het verleden onder meer verbonden aan de ULiège) werkte samen met enkele collega's computersimulaties uit die de pulserende röntgenaurora's linkten aan gesloten magnetische velden die diep in Jupiter ontstaan, vervolgens miljoenen kilometers de ruimte ingaan en daarna weer terugkeren.

Een groep astrofysici onder leiding van Yao en William Dunn (Mullard Space Science Laboratory van de University College London) greep die simulaties aan om te achterhalen hoe de ionen precies in de poolgebieden van Jupiter terechtkomen. Daarvoor analyseerden ze data van de ESA-satelliet XMM-Newton en het onbemande ruimtevaarttuig Juno van het Amerikaanse ruimtebureau NASA. De XMM-Newton, die in een baan rond de Aarde draait, observeert Jupiter vanop afstand met röntgentelescopen, terwijl Juno rond de gasreus cirkelt en gegevens binnen het magnetische veld van de planeet verzamelt.

Ze ontdekten dat de röntgenaurora's worden veroorzaakt door schommelingen in het magnetisch veld van Jupiter. Terwijl de planeet roteert, trekt ze zijn magnetisch veld mee, dat wordt geraakt door geladen deeltjes van de zonnewind en zo wordt samengedrukt. Die compressies verhitten deeltjes die gevangen zitten in het magnetisch veld, met elektromagnetische ion-cyclotrongolven, of EMIC-golven, tot gevolg. Daarbij worden de ionen langs de magnetische veldlijnen miljoenen kilometers door de ruimte geleid, tot ze weer neerstorten in de atmosfeer en zo poollicht creëren.

"Wat we in de data van Juno zien, is een prachtige opeenvolging van gebeurtenissen. We zien de compressie gebeuren, we zien de EMIC-golf ontstaan, we zien de ionen, en dan zien we de ionen langs de veldlijnen reizen", legt Dunn uit. "Een paar minuten later ziet XMM een uitbarsting van röntgenstralen."

Dat wetenschappers nu het proces van de röntgenaurora's op Jupiter hebben ontrafeld, helpt ook bij het begrip van andere planeten met poollicht. "Dit is een fundamenteel proces dat van toepassing is bij Saturnus, Uranus, Neptunus en waarschijnlijk ook exoplaneten (planeten die draaien rond andere sterren dan de zon, red.)", zegt Yao.