Jupiters Polarlichter: Datenauswertung von Juno/JEDI Messungen und Modellierung der Beschleunigung von Polarichtelektronen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Jupiter besitzt die hellsten Polarlichtemission im Sonnensystem. Bis zur Ankunft der NASA-Raumsonde Juno bei Jupiter im Jahr 2016 waren jedoch keine In-situ-Messungen der Polarlichtteilchen und ihrer Beschleunigungsprozesse verfügbar. Juno entdeckte bei seinen ersten polaren Vorbeiflügen sowohl energetisch breitbandige also auch mono-energetische Verteilungsfunktionen der energetischen Elektronen. Die relativen Beiträge beider Populationen waren nach den ersten Juno Messungen allerdings nicht quantitativ bekannt und das Vorhandensein der ersten Population stand im Gegensatz zu Pre-Juno Erwartungen. Ziel unseres DFG-Antrags war es, die von Juno gemessenen Elektronen systematisch zu analysieren und die zugrundeliegenden Mechanismen, die diese energetischen Elektronen erzeugen, zu untersuchen. Daher haben wir eine statistische Analyse von Messungen aus den ersten 20 polaren Vorbeiflüge durchgeführt. Unsere Analyse zeigte, dass feldlinien-parallel Elektronen über der Hauptaurora in 93% aller Fälle energetisch breitbandig und nur in 7% der Fälle monoenergetisch sind. Unsere Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass im Jupitersystem stochastische Beschleunigungsprozesse dominieren. In einem zweiten Schritt analysierten wir zusätzlich Magnetfeldmessungen und Ultraviolettbeobachtungen von Juno, um deren Rolle in Bezug auf die energetischen Aurora-Elektronen zu verstehen. Wir fanden entlang Magnetfeldlinien, die der diffusen Aurora Polarlicht entsprechen (äquatorwärts des Hauptovals) kleinskalige Magnetfeldfluktuationen mit einer Amplitude bis 100 nT auf Zeitskalen von Sekunden zu Minuten. Entlang Magnetfeldlinien über dem Hauptoval fanden wir sowohl großskalige Magnefeldstörungen, die mit quasistatischen Strömen in Verbindung stehen und kleinskalige Fluktuationen von bis zu 10 nT, die mit einem turbulenten Spektrum konsistent sind. Durch technische Einschränkungen können die kleinskaligen Fluktuationen über dem Hauptoval allerdings nur gesehen werden, wenn die Raumsonde weiter als 4 Jupiterradien entfernt ist. Unsere Studie wurde von theoretischen Untersuchungen über die Rolle von stochastischer Beschleunigung aufgrund turbulenter Wellenfelder begleitet. Weil die vom Mond Io erzeugten Alfvénwellen und Auroremission ein Referenzsystem darstellen, zeigten wir zuerst, dass die dort beobachteten Magnetfeldfluktuationen Dopplerverschobene räumliche Strukturen sind, die mit schwacher MHD-Turbulenz oder kinetische Alfvénwellen-Turbulenz konsistent sind. Wir fanden auch, dass entlang der Magnetfeldlinien zur Hauptaurora dispersive Alfvénwellen ihre Eigenschaften von Temperatur- zu Trägheitsdominiert ändern. Insgesamt konnten wir sowohl mittels Beobachtungen als auch durch theoretische Überlegungen zeigen, dass kleinskalige Wellen und turbulente Prozesse eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung von Aurora-Elektronen im Jupitersystem spielen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Jovian Auroral Electron Precipitation Budget—A Statistical Analysis of Diffuse, Mono‐Energetic, and Broadband Auroral Electron Distributions. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127(8).
Salveter, A.; Saur, J.; Clark, G. & Mauk, B. H.
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Properties of Turbulent Alfvénic Fluctuations and Wave‐Particle Interaction Associated With Io's Footprint Tail. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127(12).
Janser, S.; Saur, J.; Clark, G.; Sulaiman, A. H. & Szalay, J. R.
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Relevance of Alfvénic turbulence for Jupiter’s auroral emissions Dissertation, Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln
Janser Sascha
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Statistical Classification of Jupiter’s Aurora - A joint analysis of complementary Juno observations, Dissertation, Institut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln
Salveter Annika
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Investigating Magnetic Field Fluctuations in Jovian Auroral Electron Beams. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 130(7).
Salveter, A.; Saur, J.; Clark, G.; Sulaiman, A.; Mauk, B. H.; Connerney, J. E. P. & Bonfond, B.
