Saturns Nordlicht erklärt endlich sein jahrzehntelanges Rotationsrätsel – natürlich ist es das Nordlicht

Jahrelang schien Saturn etwas Unmögliches zu tun: seine Rotationsgeschwindigkeit zu ändern, als ob der Riesenplanet heimlich für die olympischen Eisschnelllauf-Wettkämpfe trainierte. Dieses rätselhafte Ergebnis ließ Wissenschaftler ratlos zurück, vermutlich in Schwerelosigkeit. Nun geben Forscher, die das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) nutzen, bekannt, dass sie das Rätsel endlich gelöst haben – und der Übeltäter ist natürlich eine spektakuläre Lichtshow.

Die neuen Erkenntnisse, veröffentlicht im Journal of Geophysical Research: Space Physics, zeigen, dass Saturns Aurora einen mächtigen Kreislauf aus Hitze, Winden und elektrischen Strömen antreibt, der den Planeten je nach Messmethode mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotieren lassen kann. Das Rätsel reicht Jahrzehnte zurück, erlangte aber neue Aufmerksamkeit, nachdem die NASA-Sonde Cassini im Jahr 2004 andeutete, dass Saturns Rotationsrate sich allmählich änderte – ein Ergebnis, das schwer zu erklären war, weil Planeten ihre Rotationsgeschwindigkeit nicht einfach auf kurzen Zeitskalen ändern, ähnlich wie die Meinung Ihrer Tante zu Ananas-Pizza.

Im Jahr 2021 schlug ein Team unter der Leitung von Professor Tom Stallard von der Northumbria University eine andere Erklärung vor: Saturns Rotation änderte sich gar nicht. Stattdessen wurden elektrische Signale, die mit der Aurora des Planeten verbunden sind, durch Winde in der oberen Atmosphäre Saturns beeinflusst, wodurch elektrische Ströme erzeugt wurden, die das Aurorasignal veränderten, das Wissenschaftler zur Schätzung der Planetenrotation verwendeten. Während diese Studie die irreführenden Messungen erklärte, blieb eine große Frage offen: Was trieb diese atmosphärischen Winde an?

Um dies zu untersuchen, wandten sich Stallard und Kollegen dem James-Webb-Weltraumteleskop zu und beobachteten Saturns nördliche Aurora-Region kontinuierlich über einen gesamten Saturn-Tag. Das Team konzentrierte sich auf Infrarotlicht, das von einem Molekül namens Trihydrogenkation ausgestrahlt wird, das in Saturns oberer Atmosphäre entsteht und als natürlicher Temperaturindikator dient. Durch die Analyse seines Leuchtens erstellten sie die detailliertesten Karten, die jemals von Temperaturen und geladenen Teilchendichten in Saturns Aurora-Region erstellt wurden. Die Verbesserung der Genauigkeit war dramatisch: Frühere Messungen hatten Unsicherheiten von etwa 50 Grad Celsius, aber die JWST-Beobachtungen waren etwa zehnmal präziser, sodass Wissenschaftler erstmals lokalisierte Muster von Erwärmung und Abkühlung identifizieren konnten.

Die neuen Daten stimmten eng mit Vorhersagen von Computermodellen überein, die vor mehr als einem Jahrzehnt entwickelt wurden. Allerdings funktionierten die Modelle nur, wenn die Quelle der atmosphärischen Erwärmung genau dort lag, wo die stärksten Aurorapartikel in Saturns Atmosphäre eintreten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Saturns Aurora weit mehr tut, als nur eine schillernde Lichtshow zu erzeugen – sie ist im Wesentlichen eine planetare Wärmepumpe. Die von der Aurora abgegebene Energie erhitzt bestimmte Regionen der Atmosphäre, erzeugt Winde, die dann elektrische Ströme erzeugen. Diese Ströme helfen, die Aurora selbst anzutreiben, die weiterhin die Atmosphäre erhitzt und den gesamten Kreislauf aufrechterhält.

Der leitende Forscher Professor Tom Stallard sagte: „Was wir sehen, ist im Wesentlichen eine planetare Wärmepumpe. Saturns Aurora erhitzt seine Atmosphäre, die Atmosphäre treibt Winde an, die Winde erzeugen Ströme, die die Aurora antreiben, und so weiter. Das System ernährt sich selbst.“ Er fügte hinzu, dass diese neuen Beobachtungen, die durch JWST ermöglicht wurden, endlich die Beweise liefern, um den Kreislauf eines Rätsels zu schließen, das Wissenschaftler seit Jahrzehnten beschäftigt.

Die Entdeckung könnte weit über einen einzelnen Planeten hinaus Bedeutung haben. Die Forscher fanden Hinweise darauf, dass Saturns Atmosphäre und Magnetosphäre – die riesige Region des Weltraums, die vom Magnetfeld des Planeten geformt wird – eng miteinander verbunden sind, wobei Aktivität in der Atmosphäre die Bedingungen in der Magnetosphäre beeinflusst, während die Magnetosphäre Energie zurück in die Atmosphäre speist. Dieser ständige Austausch könnte erklären, warum der Prozess über lange Zeiträume stabil bleibt – und laut den Forschern könnten ähnliche Wechselwirkungen auch auf anderen Planeten auftreten. „Wenn die atmosphärischen Bedingungen eines Planeten Ströme hinaus in den Weltraum treiben können...