Neuentdeckte infrarote Polarlichter auf Uranus geben auch Hinweise auf lebensfreundliche Eiswelten

Leicester (Großbritannien) – Bislang lediglich theoretisch angenommen, konnten nun erstmals infrarote Polarlichter auf dem kalten äußeren Planeten Uranus nachgewiesen werden. Die Entdeckung könnte auch Rückschlüsse auf die Geheimnisse der Magnetfelder der Planeten unseres Sonnensystems liefern und sogar darauf, ob ferne Welten Leben ermöglichen könnten.

Wie das Team um die Doktorandin Emma Thomas von der University of Leicester aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: : 10.1038/s41550-023-02096-5) berichtet, wurden Ultraviolett-Auroras auf Uranus bereits seit 1986 beobachtet und die ersten Messungen von Infrarot-Polarlichtern auf Uranus bereits seit 1992 durchgeführt. Letztere konnten jedoch bislang noch nicht eindeutig bestätigt werden.

Hintergrund
Die Eisriesen Uranus und Neptun sind ungewöhnliche Planeten in unserem Sonnensystem, nicht zuletzt, weil ihre Magnetfelder nicht mit den Achsen übereinstimmen, um die sie rotieren. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen haben bislang noch keine Erklärung dafür gefunden. Aurora  auf Uranus könnten nun aber Hinweise auf mögliche Erklärungen liefern. Auroras werden von hochenergetischen geladenen Teilchen verursacht, die entlang der Magnetfeldlinien eines Planeten zur Atmosphäre geleitet und mit ihr kollidieren. Auf der Erde sind die bekanntesten Ergebnisse dieses Prozesses das Nordlicht und das Südlicht. Auf Planeten wie Uranus, in deren Atmosphäre hauptsächlich eine Mischung aus Wasserstoff und Helium vorherrscht, emittiert diese Aurora Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums, in Wellenlängen wie Infrarot.

Das Team um Thomas verwendete Infrarot-Aurora-Messungen mit dem Keck II-Teleskop, indem sie spezifische Wellenlängen des von dem Planeten ausgestrahlten Lichts analysierten. Auf diese Weise konnte das Licht von diesen Planeten in Form von Emissionslinien analysieren. Im Infrarotspektrum variieren die Linien, die von geladenen Teilchen namens H3+ emittiert werden, je nachdem, wie heiß oder kalt das Teilchen ist und wie dicht diese Schicht der Atmosphäre ist. Daher fungieren die Linien wie eine Art Thermometer für den Planeten.

Ihre Beobachtungen zeigten deutliche Zunahmen der Dichte von H3+ in der Uranus- Atmosphäre bei nur geringer Temperaturänderung, was auf eine Ionisation durch die Anwesenheit einer Infrarot-Aurora hinweist. „Dies hilft nicht nur bei einem besseren Verständnis der Magnetfelder der äußeren Planeten unseres eigenen Sonnensystems, sondern könnte auch bei der Identifizierung anderer Planeten helfen, die für Leben geeignet sein könnten“, erläutert die Pressemitteilung der Universität.

„Die Temperaturen aller Gasgiganten, einschließlich Uranus, liegen hunderte Grad Kelvin/Celsius über dem, was die Modelle vorhersagen, wenn sie nur von der Sonne erwärmt werden“, fügt Emma Thomas hinzu. „Dies wirft die große Frage auf, wie diese Planeten so viel wärmer sind als erwartet. Eine Theorie besagt, dass die energetische Aurora dies verursacht, indem sie Wärme von der Aurora zum Magnetäquator leitet.“

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Tatsächlich fällt die Mehrheit der bisher entdeckten Exoplaneten in die Planetenkategorie der sogenannten Sub-Neptune und ist daher in Größe physisch ähnlich wie Neptun und Uranus. „Dies könnte auch ähnliche magnetische und atmosphärische Eigenschaften bedeuten“, so die Forschenden. Durch die Analyse der Aurora des Uranus, die direkt mit dem Magnetfeld und der Atmosphäre des Planeten verbunden ist, können nun Vorhersagen über die Atmosphären und Magnetfelder dieser Welten gemacht werden und damit auch deren Eignung für Leben beurteilt werden.

„Unser Fachartikel ist das Ergebnis von 30 Jahren Aurora-Forschung auf Uranus, die endlich die Infrarot-Aurora enthüllt hat und ein neues Zeitalter der Aurora-Untersuchungen auf dem Planeten eingeleitet hat“, erklärt Thomas. „Unsere Ergebnisse werden unser Wissen über Aurora bei Eisriesen erweitern und unser Verständnis der Magnetfelder von Planeten in unserem Sonnensystem, bei Exoplaneten und sogar bei unserem eigenen Planeten stärken.“

Die Ergebnisse könnten auch Einblicke in ein seltenes Phänomen auf der Erde geben, bei dem die Nord- und Südpole ihre Hemisphärenpositionen tauschen, bekannt als geomagnetische Umkehr.

„Wir haben nicht viele Studien über dieses Phänomen, daher wissen wir nicht, welche Auswirkungen dies auf Systeme haben wird, die auf das Magnetfeld der Erde angewiesen sind, wie Satelliten, Kommunikation und Navigation“, so Emma Thomas abschließend. „Dieser Prozess tritt jedoch jeden Tag auf Uranus aufgrund der einzigartigen Verschiebung der Rotations- und Magnetachsen auf. Die fortgesetzte Untersuchung der Aurora von Uranus wird Daten darüber liefern, was wir erwarten können, wenn die Erde in Zukunft eine Polumkehr zeigt und wir können sehen, was das für ihr Magnetfeld bedeutet.“

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Recherchequelle: University of Leicester

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Andreas Müller

Autor und Publizist