(Bildnachweis: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images)
Die erste 3D-Strahlungskarte des Jupiters und seiner Monde wurde mit Hilfe von lichtschwachen Kameras an Bord der Raumsonde Juno erstellt, die so optimiert wurden, dass sie als Strahlungsdetektoren funktionieren.
Die Karte zeigt, wie die starke Magnetosphäre des Jupiters die Strahlungsumgebung um einen der Monde des Gasriesen, Europa, beeinflusst, was für das Verständnis der Oberflächenchemie des Mondes, der potenziellen Bewohnbarkeit und der Herausforderungen zukünftiger Weltraummissionen zu dieser eisigen Welt entscheidend ist.
„Dies ist die erste detaillierte Strahlungskarte der Region bei diesen höheren Energien, was ein wichtiger Schritt ist, um zu verstehen, wie die Strahlungsumgebung des Jupiters funktioniert“, sagte Scott Bolton, leitender Forscher von Juno am Southwest Research Institute in San Antonio, in einer Erklärung der NASA. „Dies wird bei der Planung von Beobachtungen für die nächste Generation von Missionen zum Jupitersystem helfen.“
Das Team hat den Advanced Stellar Compass (ASC) und die Stellar Reference Unit (SRU) von Juno für diese Mission optimiert. Der ASC, der vier Kameras umfasst, wurde ursprünglich nicht für die Messung von Strahlung konzipiert, sondern für die Aufnahme von Bildern von Sternen, die zur Bestimmung der Ausrichtung des Raumfahrzeugs im Weltraum dienen. Sie dient auch als Referenz für die Untersuchung des Magnetfelds, indem sie überwacht, wie viele hochenergetische Teilchen aus der Magnetosphäre des Jupiters auf die Sonde treffen.
Wenn diese Teilchen mit dem ASC-Instrument in Wechselwirkung treten, hinterlassen sie einen charakteristischen Lichtstreifen, der gezählt werden kann, um die Strahlungsmenge zu bestimmen, durch die die Raumsonde fliegt.
„Jede Viertelsekunde nimmt der ASC ein Bild der Sterne auf“, sagte der Juno-Wissenschaftler John Leif Jørgensen von der Technischen Universität Dänemark in der Erklärung der NASA. „Sehr energiereiche Elektronen, die seine Abschirmung durchdringen, hinterlassen auf unseren Bildern eine verräterische Signatur, die wie die Spur eines Glühwürmchens aussieht. Das Instrument ist so programmiert, dass es die Anzahl dieser Glühwürmchen zählt, was uns eine genaue Berechnung der Strahlungsmenge ermöglicht.“
Auch die SRU, eine empfindliche Kamera für sichtbares Licht, hilft bei der Bestimmung der Orientierung des Raumfahrzeugs im Weltraum. Die von beiden Kameras gesammelten Daten ergänzen sich gegenseitig und ermöglichen es den Wissenschaftlern, die Strahlungsumgebung über verschiedene Energieniveaus hinweg zu charakterisieren.
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Mit diesem neuen Ansatz für ihre Daten fanden die Wissenschaftler unerwartet einen Strom hochenergetischer Teilchen in der Nähe eines der Jupitermonde, Europa. Diese Verteilung wird sowohl durch die Rotation des Planeten als auch durch die Bewegung der Elektronen aus der Magnetosphäre des Jupiters beeinflusst, die aufgrund der Rotation mit hoher Geschwindigkeit um den Planeten herumgefegt werden.
(Bildnachweis: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images)
Wenn Europa den Gasriesen umkreist, bewegen sich diese Elektronen schneller, überholen den Mond von hinten und stauen sich an seiner Rückseite. Das Team hat jedoch auch beobachtet, dass sich die energiereichsten Elektronen in diesem Schwarm anders verhalten. Sie driften relativ zum Rest des magnetosphärischen Stroms „rückwärts“, fast so, als würden sie gegen den Strom schwimmen. Infolgedessen kollidieren sie mit Europas Vorderseite, die in die Bewegungsrichtung des Mondes zeigt.
Anhand der Daten konnte das Team feststellen, dass kleine „Hirtenmonde“, die in der Nähe von Jupiters Ringen kreisen, ebenfalls mit der Strahlungsumgebung des Planeten interagieren, ähnlich wie Europa. Wenn die Juno-Raumsonde entlang von Magnetfeldlinien fliegt, die mit diesen Monden oder dichtem Staub um die Ringe verbunden sind, nehmen die von ASC und SRU erfassten Strahlungswerte deutlich ab. Dies deutet darauf hin, dass diese Monde oder Staubstrukturen die Umgebungsstrahlung beeinflussen oder abschirmen. Darüber hinaus nimmt die SRU seltene lichtschwache Bilder der Jupiterringe aus Junos einzigartiger Perspektive auf, die wertvolle visuelle Daten dieser Region liefern.
„Es gibt immer noch viele Geheimnisse darüber, wie sich die Jupiterringe gebildet haben, und es wurden nur sehr wenige Bilder von früheren Raumsonden gesammelt“, sagte Heidi Becker, leitende Co-Investigatorin für die SRU und Wissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, das die Mission leitet.
„Manchmal haben wir Glück und einer der kleinen Hirtenmonde kann auf dem Bild festgehalten werden. Diese Bilder ermöglichen es uns, genauer zu erfahren, wo sich die Ringmonde derzeit befinden, und die Verteilung des Staubs in Abhängigkeit von ihrer Entfernung vom Jupiter zu sehen.“
Juno startete 2011 von der Cape Canaveral Space Force Station und hat seitdem beispiellose Einblicke in das Jupitersystem geliefert, darunter die Entdeckung von Salzen und organischen Verbindungen auf der Oberfläche von Ganymed, dem größten Mond des Jupiters, und die Beobachtung aktiver Vulkane auf der Oberfläche eines anderen der vier größten Satelliten des Gasriesen, Io.
