TV-Doku: Planeten in Magnetfeldern

Nicht nur Sterne, auch die dunklen Planeten können Magnetfelder entwickeln, dann, wenn sie einen metallisch-flüssigen und rotierenden Kern besitzen. Planetare Magnetfelder interagieren stark mit dem Magnetfeld der Sonne. Durch den Sonnenwind entsteht eine typische, bei Planeten des Sonnensystems vielfach vermessene  Struktur: in Richtung der Sonne gestaucht – und auf der abgewandten Seite ein langer, zerfranster Schweif.

Wie Magnetfelder in Planeten durch den Dynamo-Effekt grundsätzlich entstehen, ist seit langem bekannt. Dennoch bringt die große Heterogenität der planetaren Magnetfelder im Sonnensystem Wissenschaftler bis heute in Erklärungsnöte. Mit den Astrophysikern Ulrich Christensen und Jochen Woch geht HYPERRAUM.TV im letzten Teil der Mini-Serie über Magnetfelder im Universum „Planeten in Magnetfeldern – Wieso sind sie so heterogen?“ auf die Suche nach den Ursprüngen planetarer Magnetfelder.

Die turbulenten Vorgänge im Mikrokosmos des irdischen Magnetfelds können wir an den Polen direkt beobachten: mit den spektakulären Nordlichtern. Und was sich für ein grandioses Schauspiel in der für uns unsichtbaren irdischen Magnetosphäre weit draußen im All ereignet, wird seit vielen Jahrzehnten mit Magnetometern an Bord von Weltraumsonden immer genauer untersucht. Die jüngste Mission heißt MMS. Sie besteht aus vier baugleichen Satelliten, die die Erde in enger Formation umrunden und dabei die Vorgänge mit bisher unbekannter Genauigkeit messen. Sie beobachten sogar ionisierte Teilchen, die sich entlang der Feldlinien durch den Raum spiralen oder das Magnetfeld in schwankenden Bahnen durchqueren. Die Felder verändern sich dabei laufend und zeigen in diesen kleinskaligen Dimensionen Turbulenzen mit hoher Dynamik.

Auch der innerste Planet Merkur zeigt ein Magnetfeld. Es ist jedoch nur schwach ausgeprägt. Die Venus dagegen hat – zumindest heute –  überhaupt kein Magnetfeld. Ob es das auf dem  wolkenverhüllten Planeten früher einmal gegeben hat, ist in der Fachwelt noch umstritten. Wieder anders ist das Bild bei den großen Gasplaneten. Sie alle umgibt ein Magnetfeld. Dabei haben sie gar keinen Kern aus Metall. Bei ihnen übernimmt der Wasserstoff diese Aufgabe. Denn unter dem hohen Druck im Inneren der massereichen Gasplaneten wirkt er ähnlich wie ein fester Kern aus Metall. Der Fachmann spricht vom „metallischen Wasserstoff“.

Mit der Mission Juno der NASA wird die Struktur des komplexen und größten Magnetfeldes im Sonnensystem – des Magnetfelds von Jupiter – derzeit genau vermessen. Anders als auf den Gesteinsplaneten hat der rote Gasplanet keine feste Oberfläche aus Gestein, das magnetisiert wird und somit das Magnetfeld zusätzlich beeinflusst. So wird das Magnetfeld des Jupiter-Dynamos erstmals bei einem Planeten detailliert und in „reiner Form“ gemessen – ohne die kleinen Störungen der sogenannten „sekundären“ Magnetisierung von Oberflächengestein.

Das Magnetfeld des Ringplaneten Saturn ist nur etwa so stark wie das der Erde. Besonders ist allerdings für Magnetfeldforscher, dass es als einziges im Sonnensystem fast achsensymmetrisch ist. Warum das so ist, kann die Wissenschaft heute nicht eindeutig beantworten. Noch schwieriger ist die Datenlage bei den äußeren Gasplaneten Uranus und Neptun. Sie sind bisher nur von Voyager mit seinen Magnetometern besucht worden. Das Magnetfeld von Uranus ist auffällig, weil es anders als bei den anderen Planeten zur Bahn extrem stark gekippt ist. Mit dem eisblauen Planeten Neptun verbindet ihn jedoch der ausgeprägte Quadrupol. Also: Uranus und Neptun zeigen jeweils zwei Nord- und zwei Südpole.

Obwohl die Theorie des Dynamos seit langem gut bekannt ist, sind die beobachtbaren großen Unterschiede der Magnetfelder von Planeten dennoch bis heute nicht gänzlich verstanden. Sie basieren auf zahlreichen Parametern, die tief im Inneren der Himmelskörper liegen und auch weit in der Vergangenheit bis zur jeweiligen Entstehung der Planeten zurückreichen. Die Datenlage für Erklärungen ist also noch viel zu gering – und daran wird sich wohl auch in absehbarer Zukunft nicht sehr viel ändern.

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Dr. Susanne Päch
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