Spätestens seit dem Vorbeiflug der Raumsonde Voyager 1 im März 1979 am Jupiter und seinem Mond Io ist bekannt, dass Letzterer vulkanisch extrem aktiv ist. Wie sich in späteren Untersuchungen mittels weiterer Raumsonden herausstellte, sind auf dem etwas mehr als erdmondgroßen Io stets mehr als 200 Vulkane gleichzeitig aktiv und stoßen neben Lavaströmen auch große Mengen an Natrium, Kalium, Schwefel und Schwefeldioxid in den umgebenden Weltraum aus. Dort werden diese Stoffe im extrem starken Jupitermagnetfeld ionisiert. Es entsteht also ein Plasma, dessen geladene Teilchen vom Magnetfeld eingefangen werden und sich entlang von dessen Feldlinien bewegen. Im Bereich der Umlaufbahn von Io um Jupiter bildet sich auf diese Weise ein dichter Plasmaring aus, ein Torus. Aufgrund der schnellen Rotation des Jupitermagnetfelds wandert zudem ein Teil der von Io ausgestoßenen Stoffe mit der Zeit weiter nach außen und bildet eine Plasmascheibe um den Planeten.

Diese Vorgänge lassen sich im Bereich der gelben Natriumlinie von der Erde aus mit einem vergleichsweise kleinen Teleskop in Benson im US-Bundesstaat Arizona dokumentieren, wie Jian-Zhao Wang von der University of Colorado und Jeff Morgenthaler vom Planetary Science Institute in der Fachzeitschrift »Geophysical Research Letters« berichten. Dort dient ein geringfügig modifiziertes Celestron-14-Teleskop aus dem Astrofachhandel als Hauptinstrument, mit dem das unmittelbare Umfeld um Jupiter im Bereich seiner vier großen Monde beobachtet wird. Das Instrument trägt die Bezeichnung IoIO-Teleskop, sie steht für »Io Input/Output observatory«. Mit seiner Hilfe lässt sich die Dichte der Plasmascheibe um Jupiter zuverlässig vorhersagen, was für den Betrieb von Raumsonden und die Planung der wissenschaftlichen Beobachtungen wichtig ist.

Der Blick voraus

Seit rund zehn Jahren befindet sich die NASA-Raumsonde Juno im Umlauf um den Gasriesen und untersucht das mächtige Magnetfeld mitsamt seinen Strahlungsgürteln und den dort enthaltenen Partikeln. In den Jahren 2030 und 2031 werden die NASA-Sonde Europa Clipper und die europäische Mission JUICE in Umlaufbahnen um den Riesenplaneten eintreten. Neben fernerkundlichen Untersuchungen der großen Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto sind auch detaillierte Analysen des Jupitermagnetfelds ein wichtiger Bestandteil der beiden Missionen. Somit ist es sehr hilfreich, wenn sich die Bodenstationen im Vorfeld auf die zu erwartenden Bedingungen bei Jupiter vorbereiten und die wissenschaftlichen Instrumente entsprechend einstellen können.

Die Beobachtungen mit IoIO zeigen, dass von Io freigesetzte Partikel circa 40 Tage benötigen, um vom Io-Torus in die Plasmascheibe vorzudringen. Dieser Zeitraum ist offenbar sehr konstant, sodass ein Aufhellen des Plasmatorus ein zuverlässiger Indikator dafür ist, wann mit einer hohen Partikelkonzentration in der Plasmascheibe zu rechnen ist. Entsprechende Beobachtungen lassen sich besser von der Erde aus durchführen, da das Teleskop das ganze Jupitersystem auf einmal überblickt, während Raumsonden vor Ort jeweils nur kleine Ausschnitte davon beobachten können.