News: Verrutschte Magnetfelder
Falls Sie vorhaben, Ihren nächsten Wanderurlaub auf den Planeten Uranus oder Neptun zu verbringen - lassen Sie den Kompass getrost zu Hause. Die Magnetfelder der beiden Riesen sind komplizierter als auf der Erde und haben ihre Pole eher am Äquator als an den geografischen Polen.
Das Rezept für einen Planeten mit Magnetfeld ist ziemlich einfach: Man nehme eine Region elektrisch leitender Flüssigkeit sowie eine Energiequelle für deren Antrieb. Bewährt hat sich dafür vor allem die Aufheizung bestimmter Bereiche durch radioaktiven Zerfall. Sodann versetze man den Körper in Rotation, wodurch die Flüsse ein organisiertes Muster erreichen, ohne welches sie sich gegenseitig stören oder gar auslöschen würden. Fertig.
Nach diesem Prinzip funktionieren vermutlich die Magnetfelder der Erde, des Saturns, des Jupiters und womöglich sogar das seines Mondes Ganymed. Auch von Merkur wird angenommen, dass er über einen entsprechenden Mechanismus verfügt. Aus der Reihe tanzen offenbar nur die Planeten Uranus und Neptun. Das stellte jedenfalls die Sonde Voyager 2 bei ihrem Vorbeiflug fest und die Wissenschaftler vor ein kniffliges Rätsel. Was war schuld an den seltsamen Eigenschaften dieser Magnetfelder?
Während der Erddynamo mit seinem dicken äußeren Kern aus eisenhaltigem, flüssigem Material um einen festen, leitfähigen inneren Kern wie ein Stabmagnet wirkt, dessen Nord-Süd-Achse nur um elf Grad von der Rotationsachse abweicht, ist das Magnetfeld des Neptuns um 47 Grad gekippt, jenes des Uranus gar um 59 Grad. Die magnetischen Pole liegen also auf Breiten, in denen man bei uns das Mittelmeer und Nordafrika findet. Schlimmer noch: Anstelle eines einzelnen Nord- und eines Südpols gibt es auf Uranus und Neptun derer beinahe jeweils zwei. Die Felder weisen nämlich außer dem gewohnten Dipol auch Quadrupolkomponenten auf. Lässt sich so etwas noch mit dem üblichen Modell fließender Leiter erklären?
Das geht schon, meinen Sabine Stanley und Jeremy Bloxham von der Harvard University in den USA. Allerdings nur, wenn der innere Aufbau der Planeten einigen Vorgaben folgt. In einem Modell der Planetendynamik variierten sie die Werte für die Dicke der rotierenden Leiterschicht sowie den Aggregatzustand des inneren Kerns. Und siehe da: Wenn die äußere Schicht mit der ionisierten Flüssigkeit relativ dünn ist und einen ebenfalls ionisierten flüssigen Kern ohne Wärmeströmungen umgibt, ergeben sich komplexe Feldgeometrien, die den tatsächlichen Vorgaben von Uranus und Neptun weitgehend entsprechen. Ohne festen, leitfähigen Kern, der einerseits der Rotation des Planeten folgt und andrerseits die ihn umgebende Flüssigkeit mitzwingt, entfällt nämlich die Bindung an die strikte Drehachse. Neue Wechselwirkungen der magnetischen Felder sind möglich, was sich auf das Magnetfeld als Ganzes auswirkt.
Natürlich ist das Modell nur ein Modell und nicht natürlich. Doch zumindest holt es die Probleme aus dem Weltraum in das heimische Labor und ermöglicht so eine Reihe weiterer Experimente. Beispielsweise ist noch nicht klar, ob die gefundene innere Struktur in jedem Fall Planeten mit derart komplexen Magnetfeldern erzeugt oder nur bei bestimmten Strömungsstärken aufgrund von Temperaturunterschieden. Und erst Untersuchungen an Uranus und Neptun selbst werden verraten, ob die Planeten nicht einen ganz anderen Weg gefunden haben, ihre Felder zu generieren. Bislang gibt es aber noch keinen Grund, das bewährte Rezept für Planeten mit Magnetfeldern zu verwerfen.
Nach diesem Prinzip funktionieren vermutlich die Magnetfelder der Erde, des Saturns, des Jupiters und womöglich sogar das seines Mondes Ganymed. Auch von Merkur wird angenommen, dass er über einen entsprechenden Mechanismus verfügt. Aus der Reihe tanzen offenbar nur die Planeten Uranus und Neptun. Das stellte jedenfalls die Sonde Voyager 2 bei ihrem Vorbeiflug fest und die Wissenschaftler vor ein kniffliges Rätsel. Was war schuld an den seltsamen Eigenschaften dieser Magnetfelder?
Während der Erddynamo mit seinem dicken äußeren Kern aus eisenhaltigem, flüssigem Material um einen festen, leitfähigen inneren Kern wie ein Stabmagnet wirkt, dessen Nord-Süd-Achse nur um elf Grad von der Rotationsachse abweicht, ist das Magnetfeld des Neptuns um 47 Grad gekippt, jenes des Uranus gar um 59 Grad. Die magnetischen Pole liegen also auf Breiten, in denen man bei uns das Mittelmeer und Nordafrika findet. Schlimmer noch: Anstelle eines einzelnen Nord- und eines Südpols gibt es auf Uranus und Neptun derer beinahe jeweils zwei. Die Felder weisen nämlich außer dem gewohnten Dipol auch Quadrupolkomponenten auf. Lässt sich so etwas noch mit dem üblichen Modell fließender Leiter erklären?
Das geht schon, meinen Sabine Stanley und Jeremy Bloxham von der Harvard University in den USA. Allerdings nur, wenn der innere Aufbau der Planeten einigen Vorgaben folgt. In einem Modell der Planetendynamik variierten sie die Werte für die Dicke der rotierenden Leiterschicht sowie den Aggregatzustand des inneren Kerns. Und siehe da: Wenn die äußere Schicht mit der ionisierten Flüssigkeit relativ dünn ist und einen ebenfalls ionisierten flüssigen Kern ohne Wärmeströmungen umgibt, ergeben sich komplexe Feldgeometrien, die den tatsächlichen Vorgaben von Uranus und Neptun weitgehend entsprechen. Ohne festen, leitfähigen Kern, der einerseits der Rotation des Planeten folgt und andrerseits die ihn umgebende Flüssigkeit mitzwingt, entfällt nämlich die Bindung an die strikte Drehachse. Neue Wechselwirkungen der magnetischen Felder sind möglich, was sich auf das Magnetfeld als Ganzes auswirkt.
Natürlich ist das Modell nur ein Modell und nicht natürlich. Doch zumindest holt es die Probleme aus dem Weltraum in das heimische Labor und ermöglicht so eine Reihe weiterer Experimente. Beispielsweise ist noch nicht klar, ob die gefundene innere Struktur in jedem Fall Planeten mit derart komplexen Magnetfeldern erzeugt oder nur bei bestimmten Strömungsstärken aufgrund von Temperaturunterschieden. Und erst Untersuchungen an Uranus und Neptun selbst werden verraten, ob die Planeten nicht einen ganz anderen Weg gefunden haben, ihre Felder zu generieren. Bislang gibt es aber noch keinen Grund, das bewährte Rezept für Planeten mit Magnetfeldern zu verwerfen.
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