Polarlichter gibt es nicht nur auf der Erde. Die Cassini-Sonde, die seit 2004 im Saturn-System unterwegs ist, lieferte unzählige Bilder der Polarregionen des Saturn zur Erde. Auf vielen davon sind Polarlichter (Aurorae) zu sehen. Jetzt haben Cassini-Wissenschaftler weitere 1000 Bilder ausgewertet und eine sehenswerte Videoanimation zusammengestellt.
Nur ein kleiner Teil der Beobachtungszeit der Raumsonde Cassini stand den Forschern zum Studium der Saturn-Polarlichter zur Verfügung, erklärt Tom Stallard von der University of Leicester. Doch im Laufe der Jahre haben sich viele Aufnahmen des Cassini-Spektrometers VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) angesammelt, deren eigentliches Motiv andere wissenschaftliche Fragestellungen waren, auf denen jedoch auch Aurorae zu sehen sind. Die Forscher um Stallard nutzten teils aufwändige Bildverarbeitungstechniken, um diese Informationen aus den Aufnahmen zu gewinnen. Auf dem European Planetary Science Congress (EPSC) in Rom stellten Stallard und seine Kollegen die vorläufigen Ergebnisse ihrer Arbeit vor.
Saturn mit Polarlichtoval | Das Falschfarbenbild zeigt den Planeten Saturn mit Blick auf die Südhemisphäre sowie seinen Ring. Es wurde aus 65 einzelnen Aufnahmen von VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer), dem abbildenden, im Visuellen und Infrarot arbeitenden Spektrometer an Bord von Cassini, zusammengesetzt. Die einzelnen Belichtungen stammen vom 1. November 2008, jede umfasste eine Belichtungszeit von sechs Minuten.
Anstelle von vereinzelten, spezifischen Aurora-Aufnahmen der Cassini-Sonde besitze man nun einen breiten Datensatz von Beobachtungen, der es erlaube, das Phänomen der Saturn-Aurora im Gesamtkontext zu verstehen, so Stallard. Prinzipiell entsteht das Polarlicht auf dem Saturn wie bei uns auf der Erde: Geladene Teilchen des Sonnenwinds, die durch das Magnetfeld des Planeten zu dessen Polen gelenkt werden, treffen auf die Gasmoleküle der oberen Atmosphärenschichten. Dabei werden diese Moleküle zum Leuchten angeregt. Durch den unstetigen Fluss der Teilchen ändern sich die Intensität und das Aussehen des Polarlichts ständig. Aber es gibt auch Unterschiede zur irdischen Aurora: So können auch Saturns Monde Polarlichter erzeugen, wenn sie sich durch das Plasma bewegen, das die Magnetosphäre des Saturn erfüllt.
In dem Video ist das Saturn-Polarlicht deutlich zu erkennen. Außerdem ist zu sehen, dass das Licht auf der Mittags- und Mitternachtsseite des Planeten (im Bild links beziehungsweise rechts) über Zeiträume von mehreren Stunden signifikant heller wird – ein Anzeichen, dass der Sonnenstand die Bildung der Polarlichter stark beeinflusst. Andere Aurora-Strukturen scheinen dagegen mit dem Planeten zu rotieren, was darauf hindeutet, dass sie durch die Ausrichtung des Saturnmagnetfeldes kontrolliert werden.
"Saturns Polarlichter sind sehr komplex. Wir beginnen gerade erst zu verstehen, welche Faktoren bei ihrer Bildung eine Rolle spielen", meint Stallard. Anstelle von einzelnen Momentaufnahmen erlaubt die Studie der VIMS-Daten eine detaillierte Untersuchung der Dynamik der verschiedenartigen Strukturen von Saturns Aurora. Dabei sind die jetzt präsentierten Bilder und Videos nur der Anfang: Von den 7000 Bildern, die VIMS von der Polarregion des Saturn aufgenommen hat, haben Stallard und seine Kollegen erst 1000 auswerten können.
Sequenz der Polarlichtregion von Saturn | Die vier nacheinander aufgenommen Kompositbilder vom 24. März 2007 zeigen die zeitliche Dynamik der Polarlichter.
Die Farbcodierung ist in allen Bildern und dem Video gleich: Der Wellenlängenbereich um 1 Mikrometer ist blau kodiert. Er repräsentiert Sonnenlicht, das etwa von den Saturnringen reflektiert wird. Es deutet insbesondere die Richtung zur Sonne an. Der Bereich von 3 bis 4 Mikrometern ist grün kodiert und zeigt das Licht der Polarlichtaktivität. Es handelt sich um ein Komposit aus mehreren Wellenlängen der Emission des H3+-Moleküls. Das Polarlicht erscheint etwa 1000 Kilometer oberhalb der sichtbaren Wolkendecke des Planeten. Rot kodiert ist die 5-Mikrometer-Strahlung. Sie repräsentiert die Wärmestrahlung aus den tieferen Atmosphärenschichten des Planeten und zeigt die Rotation des Saturn an. Der Ringplanet benötigt für eine Rotation 10 Stunden und 47 Minuten.
Saturns Polarlichtregion über einen Zeitraum von etwa 20 Stunden.
Das Video zeigt Saturns Polarlichtregion über einen Zeitraum von etwa 20 Stunden, was rund zwei Saturntagen entspricht. Die Aufnahme startet am 22. September 2007 um 14:15 Uhr UT und endet am 23. September um 10:53 Uhr UT. Der Blickwinkel der Cassini-Sonde bleibt während des Videos unverändert, so dass das reflektierte Sonnenlicht (blau) ortsfest ist, während sich der Planet unter der Sonde hinwegbewegt, erkennbar an der Wärmestrahlung der Atmosphäre (rot). Die Aurora verändert sich beständig während der Beobachtung, an der Mittags- und Mitternachtsseite sind stundenlange, deutliche Aufhellungen zu erkennen.
Jan Hattenbach
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