Die magnetischen Felder von Uranus und Neptun haben Wissenschaftler seit Jahrzehnten vor ein Rätsel gestellt. Im Gegensatz zu den meisten Planeten, deren magnetische Felder relativ symmetrisch und stabil sind, weisen die Eisriesen des äußeren Sonnensystems ungewöhnliche und stark verzerrte Magnetfelder auf. Neue Forschungsergebnisse könnten nun eine Erklärung für dieses Phänomen liefern.
Die Besonderheiten der magnetischen Felder
Die einzige Raumsonde, die Uranus und Neptun bisher besucht hat, ist Voyager 2. Bei ihrem Vorbeiflug an Uranus im Januar 1986 und Neptun im August 1989 entdeckte die Sonde, dass die magnetischen Felder dieser Planeten stark von der Norm abweichen. Das Magnetfeld von Uranus ist um 59 Grad gegenüber der Rotationsachse geneigt und nicht auf den Kern des Planeten zentriert, sondern liegt nur zwei Drittel des Weges zum Kern. Neptun zeigt ähnliche Eigenschaften, mit einem ungeordneten Magnetfeld, das um 47 Grad geneigt ist und sich etwa auf halber Strecke zwischen Kern und Wolkenobergrenze befindet. Zum Vergleich: Das Magnetfeld der Erde ist nur um 11 Grad geneigt und stabil.
Die Ursachen der Verzerrungen
Verschiedene Theorien wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen, um die ungewöhnlichen Magnetfelder zu erklären. Eine Hypothese besagt, dass Uranus vor Milliarden von Jahren durch eine Kollision mit einem erdgroßen Planeten auf die Seite gekippt wurde, was auch sein Magnetfeld beeinflusst haben könnte. Diese Erklärung scheint jedoch nicht auf Neptun zuzutreffen, dessen Magnetfeld ähnlich verzerrt ist, obwohl keine Kollision stattgefunden hat. Die Ursache muss daher in der Natur der beiden Eisriesen selbst liegen.
Ein Forschungsteam aus den USA und dem Vereinigten Königreich hat nun mithilfe von Computersimulationen und den Daten von Voyager 2 eine mögliche Lösung gefunden. Die Forscher gehen davon aus, dass die Verzerrungen auf den Dynamoeffekt zurückzuführen sind, der durch die Bewegung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten in einem rotierenden Körper entsteht. Auf der Erde wird dieser Effekt durch geschmolzenes Eisen im äußeren Kern erzeugt, was zu einem stabilen Dipol-Magnetfeld führt.
Bei Uranus und Neptun sind die Bedingungen jedoch anders. Als Eisriesen bestehen sie hauptsächlich aus flüchtigen Stoffen wie Ammoniak, Wasserstoff, Helium, Methan und Wasser, die einen wahrscheinlich felsigen Kern umgeben. Die deutlich größere Masse dieser Planeten – Uranus hat die 14,5-fache und Neptun die 17-fache Masse der Erde – führt zu extremen Druck- und Temperaturverhältnissen in ihrem Inneren. Unter diesen Bedingungen können Wassermoleküle in Ionen zerfallen, wodurch das Material mit zunehmender Tiefe immer besser elektrisch leitfähig wird.
Die Computersimulationen konnten die seltsamen Magnetfelder von Uranus und Neptun reproduzieren und zeigen, wie die Struktur der Magnetfelder mit der durch Konvektion angetriebenen Flüssigkeitsbewegung und den Temperaturen im Inneren der Planeten zusammenhängt. Interessanterweise deuten die Simulationen darauf hin, dass sich die Magnetfelder der Eisriesen innerhalb weniger Jahrzehnte erheblich verändern können.
Zukünftige Missionen wie die geplante NASA-Mission zu Uranus in den frühen 2040er Jahren und die chinesische Tianwen-4-Mission, die 2029 starten soll, könnten weitere Erkenntnisse liefern. Bis dahin nutzen Wissenschaftler kreative Methoden, um die Magnetfelder zu untersuchen, darunter Beobachtungen der Aurora mit dem James Webb Space Telescope (JWST). Diese Beobachtungen könnten helfen, die aktuellen Magnetfeldkonfigurationen zu schätzen und mit den Daten von Voyager 2 zu vergleichen.
- Quelle: Space.com