Die Anwesenheit einer Infrarot-Aurora auf dem kalten äußeren Planeten Uranus wurde zum ersten Mal von Astronomen der Universität Leicester bestätigt.
Die Entdeckung könnte Licht auf die Geheimnisse hinter den Magnetfeldern der Planeten unseres Sonnensystems werfen und sogar auf die Frage, ob entfernte Welten Leben beherbergen könnten.
Das vom Science and Technology Facilities Council (STFC) unterstützte Wissenschaftlerteam hat seit Beginn der Untersuchungen im Jahr 1992 die ersten Messungen des infraroten (IR) Polarlichts bei Uranus erhalten. Seitdem wurden die ultravioletten (UV) Polarlichter von Uranus beobachtet 1986 wurde bisher keine Bestätigung der IR-Aurora beobachtet. Die Schlussfolgerungen der Wissenschaftler waren veröffentlicht im Tagebuch Naturastronomie.
Die Eisriesen Uranus und Neptun sind ungewöhnliche Planeten in unserem Sonnensystem, da ihre Magnetfelder nicht mit den Achsen übereinstimmen, in denen sie sich drehen. Während Wissenschaftler noch keine Erklärung dafür gefunden haben, könnten Hinweise im Polarlicht von Uranus liegen.
Polarlichter werden durch hochenergetische geladene Teilchen verursacht, die nach unten geschleudert werden und über die Magnetfeldlinien des Planeten mit der Atmosphäre eines Planeten kollidieren. Das bekannteste Ergebnis dieses Prozesses auf der Erde sind die Schauspiele der Nord- und Südlichter. Auf Planeten wie Uranus, wo die Atmosphäre überwiegend aus einer Mischung aus Wasserstoff und Helium besteht, emittiert dieses Polarlicht Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums und in Wellenlängen wie Infrarot (IR).
Das Team nutzte Infrarot-Auroralmessungen, die durch die Analyse spezifischer Wellenlängen des vom Planeten emittierten Lichts mit dem Keck-II-Teleskop durchgeführt wurden. Daraus können sie das Licht (sogenannte Emissionslinien) dieser Planeten analysieren, ähnlich einem Barcode. Im Infrarotspektrum variieren die Helligkeiten der von einem geladenen Teilchen namens H3+ emittierten Linien, je nachdem, wie heiß oder kalt das Teilchen ist und wie dicht diese Schicht der Atmosphäre ist. Daher wirken die Linien wie ein Thermometer auf den Planeten.
Zusammengefasster Film des Teleskop-Imagers (am 5. September 2006), als er sich auf Uranus konzentrierte und die Monde Titania, Miranda, Umbriel und Oberon sichtbar waren. Es gibt eine Doppelbelichtung aller Objekte im Film. Dies ist ein Effekt der Subtraktion von Bildern, um den Effekt der Erdatmosphäre zu minimieren, wenn wir in den Himmel blicken. Wir sehen in diesem Film auch mögliche Galaxien und Sterne! Bildnachweis: Universität Leicester
Ihre Beobachtungen zeigten einen deutlichen Anstieg der H3+-Dichte in der Uranus-Atmosphäre bei geringer Temperaturänderung, was mit einer durch die Anwesenheit eines Infrarot-Auroras verursachten Ionisierung übereinstimmt. Dies hilft uns nicht nur, die Magnetfelder der äußeren Planeten unseres eigenen Sonnensystems besser zu verstehen, sondern kann auch dabei helfen, andere Planeten zu identifizieren, die für die Unterbringung von Leben geeignet sind.
Hauptautorin Emma Thomas, Ph.D. Ein Student an der School of Physics and Astronomy der University of Leicester sagte: „Die Temperatur aller Gasriesenplaneten, einschließlich Uranus, liegt Hunderte von Grad Kelvin/Celsius über dem, was Modelle vorhersagen, wenn sie nur von der Sonne erwärmt werden, sodass wir beim Großen bleiben.“ Frage, warum diese Planeten so viel heißer sind als erwartet? Eine Theorie besagt, dass die energiereiche Aurora die Ursache dafür ist, die Wärme von der Aurora erzeugt und nach unten in Richtung des magnetischen Äquators drückt.“
„Die Mehrzahl der bisher entdeckten Exoplaneten fallen in die Sub-Neptun-Kategorie und ähneln daher physikalisch in ihrer Größe Neptun und Uranus. Dies kann auch auf ähnliche magnetische und atmosphärische Eigenschaften hinweisen. Durch die Analyse der Aurora von Uranus, die direkt mit beiden Planeten verbunden ist.“ Magnetfeld und Atmosphäre können wir Vorhersagen über die Atmosphären und Magnetfelder dieser Welten und damit über ihre Eignung für Leben treffen.“
„Dieses Papier ist der Höhepunkt von 30 Jahren Polarlichterforschung am Uranus, die endlich die Infrarot-Aurora enthüllt und ein neues Zeitalter der Polarlichterforschung auf dem Planeten eingeleitet hat. Unsere Ergebnisse werden unser Wissen über Eisriesen-Auroras weiter erweitern und unsere stärken.“ Verständnis der planetaren Magnetfelder in unserem Sonnensystem, auf Exoplaneten und sogar auf unserem eigenen Planeten.
Die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern auch einen Einblick in ein seltenes Phänomen auf der Erde geben, bei dem der Nord- und Südpol die Position der Hemisphäre wechseln, was als geomagnetische Umkehrung bekannt ist.
Emma fügt hinzu: „Wir haben nicht viele Studien zu diesem Phänomen und wissen daher nicht, welche Auswirkungen dies auf Systeme haben wird, die auf das Erdmagnetfeld angewiesen sind, wie Satelliten, Kommunikation und Navigation. Dieser Prozess findet jedoch jeden Tag zu Uranus statt.“ auf die einzigartige Fehlausrichtung der Rotations- und Magnetachsen zurückzuführen. Die fortgesetzte Untersuchung des Polarlichts von Uranus wird Daten darüber liefern, was wir erwarten können, wenn die Erde in Zukunft eine Polumkehr zeigt, und was dies für ihr Magnetfeld bedeuten wird.
Mehr Informationen:
Emma M. Thomas et al., Erkennung der Infrarot-Aurora bei Uranus mit Keck-NIRSPEC, Naturastronomie (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02096-5