Plasmawechselwirkung und Induktion bei den Eissatelliten Kallisto und Enceladus: Eigenschaften der möglichen Ozeane
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses DFG-Projektes sollte die Wechselwirkung der Eismonde Enceladus und Kallisto mit dem sie umgebenden Plasma untersucht werden und Rückschlüsse auf mögliche unter ihrer Eisoberfläche liegenden Ozeane gezogen werden. Die Forschungsschwerpunkte dieses Projektes änderten sich aus wissenschaftlichen wie personellen Gründen im Laufe seiner Durchführung teilweise. Zudem haben neue, unvorhergesehene Erkenntnisse und Entdeckungen im Laufe des Projektes eine teilweise Umfokussierung der Fragestellungen verursacht. Die wichtigsten Errungenschaften des Projektes sind: a) Durch Enceladus’ asymmetrische Atmosphäre aufgrund von Geysiren am Südpol (aber nicht am Nordpol) werden elektrische Flächenströme entlang der tangentialen Magnetfelder um Enceladus getrieben, die die südliche und nördliche Hemisphäre von Enceladus miteinander verbinden. Diese Hemisphärenkopplungströme generieren Diskontinuitäten im Magnetfeld. Die Hemisphärenkopplung ist ein qualitativ neuer Effekt, der auf theoretischen Überlegungen basierend von Saur et al. (2007) vorhergesagt wurde. b) Die vorhergesagten Diskontinuitäten wurden im Folgenden tatsächlich bei weiteren nahen Enceladusvorbeiflügen zum ersten Mal beobachtet und beschrieben. c) Die Gesyiraktivität von Enceladus ist zeitlich variabel mit Aktivitätsraten, die zwischen 200 kg/s und 1600 kg/s variieren. Dies wurde aus Simulationen der Plasmawechselwirkung von Enceladus geschlossen. d) Staub in den Gasfontänen von Enceladus spielt für die Plasmawechselwirkung eine entscheidende Rolle. Diese Schlussfolgerung fand sich bei der Untersuchung der Magnetfeldsignaturen bei Enceladus. Die Elektronen im Plasma lagern sich an den Staub an und verlieren damit ihre Beweglichkeit. Dies führt zu qualitativ neuen physikalischen Effekten, die zum ersten Mal dargestellt wurden. e) Die Enceladuswechselwirkung generiert Polarlicht-ähnliche Leuchterscheinungen (genannt Fußpunkte) in der Saturnatmosphäre. Diese Arbeit erscheint zeitnah in der Fachzeitschrift Nature, wodurch eine hohe Sichtbarkeit auch in Publikumsmedien generiert werden wird. f) Die Möglichkeit einen unter der Eisoberfläche liegenden Ozean oder größere Becken von Wasser mit Induktionsmessungen zu detektieren, wurde untersucht. g) Nahe des Jupitermondes Kallisto wurden drei anregende periodische Frequenzen einschließlich ihrer Amplituden identifiziert und quantifiziert, um den unter der Eisoberfläche vermuteten Wasserozean zu charakterisieren. Mit einem Multischichtmodell des Inneren von Kallisto wurde die Auflösbarkeit von Ozeantiefe und Salzhaltigkeit und die Sichtbarkeit des Kerns untersucht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007), Hemisphere coupling in Enceladus' asymmetric plasma interaction, J. Geophys. Res., 112, A11209
Saur, J., F. M. Neubauer, and N. Schilling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1029/2007JA012479) - Evidence for temporal variability of Enceladus' gas jets: Modeling of Cassini observations, Geophys. Res. Lett., 35, L20105, 2008
Saur, Joachim; Schilling, Nico; Neubauer, Fritz M.; Strobel, Darrell F.; Simon, Sven; Dougherty, Michele K.; Russell, Christopher T.; Pappalardo, Robert T.
- Influence of negatively charged plume grains and hemisphere coupling currents on the structure of Enceladus’ Alfven wings: Analytical modelling of Cassini magnetometer observations, J. Geophys. Res., 2011
Simon S., J. Saur, H. Hendrik, F.M. Neubauer, U. Motschmann, and M.K. Dougherty
- Multi-Freqeuncy Electromagnetic Sounding of the Galilean Moons, Icarus, 2011
Seufert M., J. Saur, F.M. Neubauer
