Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars...

56
Polarlichter im Sonnensystem Joachim Saur Institut für Geophysik und Meteorologie Universität zu Köln

Transcript of Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars...

Page 1: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Polarlichter im Sonnensystem

Joachim Saur

Institut für Geophysik und

Meteorologie

Universität zu Köln

Page 2: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Familienportrait unserer ACHT Planeten

Page 3: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

JaJaJa+ Monde

JaJaJaNeptun

JaJaJaUranus

JaJaJaSaturn

JaJaJaJupiter

SchwachJaNeinMars

JaJaJaErde

SchwachJaNeinVenus

NeinneinJaMerkur

AuroraAtmosph.MagfeldPlanet

Planetare Aurorae

Page 4: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Die Erde

Page 5: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 6: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 7: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 8: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 9: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 10: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 11: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 12: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 13: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 14: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld
Page 15: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Aurora Oval

Page 16: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Verständnis der Aurora

von den Legende zur Physik

Page 17: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Geschichte der

Beobachtungen

• Schriftliche Dokumente reichen bis 2000 B.C.

• Polaren Entdecker und die Suche nach derNordwest-Passage

• 19.-tes Jahrhundert: Netzwerk vonMagnetfeldobservatorien

• Erste Karte der Aurora-Erscheinungen undHäufigkeiten (1860)

• Internationale Geophysikalische Jahr 1957-1958

• Space Age, Raumfahrtszeitalter (1981 erstesvollständiges Aurorabild)

Page 18: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Suche nach der Nordwest-Passage

Page 19: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Erste Karte der Aurora Zone

Page 20: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

IGY, erste Karte des Auroraovals

Page 21: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Lage des Auroraovals

Page 22: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Höhe der Aurora

Page 23: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Spektrum

Page 24: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Anregungsmechanismen:

energiereiche Elektron und Ionen treffen

auf die obere Erdatmosphäre

(Sauerstoff oder Stickstoff)

Page 25: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Entscheidende Ideen

• Halley (1700) schlägt vor, dass dieAurora durch das Erdmagnetfeldkontrolliert wird.

• Carrington beobachtet (1859) einengroßen solaren Flare. Dieser ist miteinem magnetischen Sturm auf derErde und erhöhter magnetischerAktivität verbunden.

Page 26: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Erdmagnetfeld

• In erster Näherung

Dipolfeld

• Magnetisch Nord

bei 79 North und

70 West

Page 27: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Erdmagnetosphäre

Page 28: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Spiralierende Teilchen entlang der

Magnetfeldlinien erzeugen diffuse Aurora

Page 29: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Generator Erde: Sonnenwindwechselwirkung

erzeugt magnetosphärischen Strom entlang

der Magnetfeldlinien

Page 30: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Die 3 entscheidenden Regionen

für diskrete, d.h. starke Aurora

• Elektronen tragenStrom

• Elektrische Strombegrenzt:-trichterförmigesMagnetfeld-kleine Ionendichten

GeneratorAcclerator

Aurora

Page 31: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Wie ein Fernseher

Page 32: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Kernpunkte für Diskrete Aurora

• Elektrischer Strom entlang von

Magnetfeldlinien

• Trichterförmiges Erdmagnetfeld und

geringe Ionendichte zwingt Elektronen

zur Beschleunigung

• Energetische Elektronen treffen auf

Atmosphäre und erzeugen Aurora

Page 33: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Rätsel bleiben!

Anti-planetare Elektronen

• Mit Fast und Cluster (Marklund et al.)

Page 34: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Venus

• Schwache diffuse Aurora auf derNachseite von Pioneer Venus entdeckt

Page 35: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Venus Aurora auf der

Nachtseite

Page 36: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Mars

• Neu entdeckte, sehr schwache, lokal

auftretende Auroraaktivität in Regionen

mit erhöhtem Krustenmagnetismus

Page 37: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Mars Aurora

Krustenmagnetfelder

Page 38: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Jupiter

• Besitzt Aurora

• Stärkste Aurora in unserem

Sonnensystem, ca 1000 mal stärker als

Erde

• Aber Sonnenwind spielt fast keine

große Rolle

Page 39: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Jupiters Aurora

Page 40: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Jupiters Aurora

Page 41: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Stromsystem bei Jupiter:

Intern getrieben

Page 42: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Jupiters

große Monde

Page 43: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Io‘s Aurora

Page 44: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Europa

Page 45: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Ganymed

Page 46: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Saturn

• Besitzt Aurora

• Intensität vergleichbar mit Erde

• Treiber der Aurora unklar

Page 47: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Saturns Aurora

Page 48: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Saturn, Clarke et al. 2005

Page 49: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Anti-planetare Beschleunigung

Page 50: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Uranus

• Besitzt Aurora

• Von Voyager entdeckt

• Etwas schwächer als Erde

• Aurora am Nordpol 2 bis 4 mal heller

als am Südpol

• Spinachse Richtung Sonnenwind

Page 51: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Uranus Aurora

Herbert and Sandel, 1994

Page 52: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Versuch Uranus Aurora zu sehen

Ballester

mit HST

Page 53: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Neptun

• Aurora: Sehr komplex, wegen

komplexem Magnetfeld

• Aurora schwach: 50 Millionen Watt,

von Voyager entdeckt

• Erde: 100 Milliarden Watt

Page 54: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Pluto

?

Page 55: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Aurora Energien in Einheiten von Kraftwerken

à 1 GWatt

• Erde: 100

• Jupiter: 100.000

• Saturn: 100

• Uranus: 50

• Neptun: 0.05

Page 56: Polarlichter im Sonnensystem - mps.mpg.de · Uranus Ja Ja Ja Saturn Ja Ja Ja Jupiter Ja Ja Ja Mars Nein Ja Schwach Erde Ja Ja Ja Venus Nein Ja Schwach Merkur Ja nein Nein Planet Magfeld

Danke für Ihr Interesse