Magnetische Achterbahnfahrt am Jupiter 250. Absolventin an Graduiertenschulen „Solar System School“

Meilenstein: Im Rahmen der International Max Planck Research School for Solar System Science haben bisher 250 Forschende erfolgreich promoviert.
Zusammenarbeit: Die Graduiertenschule ist ein gemeinsames Projekt von Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Universität Göttingen und TU Braunschweig.
Forschungsprojekte: Die Promovierenden tragen mit Themen aus Astrophysik, Geowissenschaften und Instrumentenbau maßgeblich zur Forschungsleistung der drei Einrichtungen bei.
Jupitermond: In der 250. Dissertation hat Ilse de Langen Magnetfelder und Ströme im unzugänglichen, unterirdischen Ozean des Jupitermondes Europa berechnet.

Die „Solar System School“ ist einzigartig. Die International Max Planck Research School (IMPRS) for Solar System Science at the University of Göttingen and at TU Braunschweig, so der volle Name der Graduiertenschule, bietet Promovierenden die weltweit einzige Promotionsausbildung auf dem Gebiet der Sonnensystemforschung.

In ihren Forschungsprojekten untersuchen die Promovierenden nicht nur den aktuellen Zustand der Sonne, der Planeten, Monde, Kometen und Asteroiden in unserem Sonnensystem. Sie gehen auch der Frage nach, wie sich unsere kosmische Heimat entwickelt hat sowie wie und warum sie sich von anderen Sternsystemen unterscheidet. Dabei bedienen sich die Nachwuchsforschenden ganz unterschiedlicher Methoden: Sie simulieren Prozesse am Computer, analysieren extraterrestrische Gesteinsproben im Labor, werten Messdaten bodengebundener Teleskope und von Raumsonden aus und tragen zu Entwicklung und Bau von Weltrauminstrumenten bei.

Magnetfelder und Ströme im unterirdischen Ozean

Die 250. Dissertation der International Max Planck Research School for Solar System Science, die Ilse de Langen heute erfolgreich verteidigt hat, dient unter anderem der Vorbereitung auf zwei aktuelle Jupiter-Missionen: Die NASA-Sonde Europa Clipper und die ESA-Sonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) steuern derzeit den gewaltigen Gasriesen an und werden ab 2030 und 2031 unter anderem auch seinen Mond Europa untersuchen. Sein unterirdischer Salzwasserozean macht ihn zu einem besonders spannenden Forschungsobjekt: Dort könnten Bedingungen herrschen, die das Entstehen von Leben ermöglichen. Allerdings ist der Ozean unter einer mindestens 20 Kilometer dicken Eiskruste verborgen und direkten Messungen nicht zugänglich. Indirekte Hinweise liefert vor allem das Magnetfeld in der Umgebung von Europa.

„Europa ,lebt‘ in einer extremen magnetischen Umgebung“, erklärt Ilse de Langen. Der Mond zieht seine Bahnen innerhalb des Magnetfeldes des Jupiters. Es ist nicht nur etwa zwanzigmal so stark wie das der Erde, sondern auch um fast zehn Grad gegen die Umlaufbahn von Europa geneigt. Da sich der Planet innerhalb von knapp zehn Stunden um die eigene Achse dreht, durchlebt Europa so eine Art ständige magnetische Achterbahnfahrt. Die rasch wechselnden magnetischen Bedingungen induzieren in Europas Ozean elektrische Ströme, die ihrerseits ein veränderliches Magnetfeld erzeugen. Die Europa-Clipper Mission wird dieses Magnetfeld hochgenau vermessen, um auf die Eigenschaften des Ozeans zu schließen.

In ihrer Dissertation hat Ilse de Langen diese Zusammenhänge theoretisch beschrieben und am Computer simuliert. Dabei fand sie unter anderem, dass das dynamische, elektromagnetische Wechselspiel bisher unbekannte Trägheitswellen in Europas Ozean auslöst. Nach Ankunft von Europa Clipper und JUICE im Jupitersystem werden die Ergebnisse helfen, die Messungen des Magnetfeldes zu interpretieren.

Herausragende Ergebnisse von Nachwuchsforschenden

„Promovierende spielen im Forschungsgeschehen des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung eine wichtige Rolle“, so Thorsten Kleine, Geschäftsführender Direktor des Max-Planck-Instituts und Sprecher der Solar System School. „Die Solar System School bietet den Promovierenden einen umfassenden Überblick über das Gebiet der Sonnensystemforschung und ermöglicht einen interdisziplinären Austausch mit Forschenden verwandter Fachrichtungen“, fügt Sonja Schuh, Koordinatorin der Solar System School, hinzu. Nicht selten liefern die Nachwuchswissenschaftler*innen bereits in ihrer Dissertation herausragende Ergebnisse und tragen so schon früh zum internationalen Renommee des Standortes bei.

In den vergangenen Jahren haben Promovierende etwa zu folgenden aktuellen Forschungsergebnissen maßgeblich beigetragen:

Der ringförmige Bereich außerhalb der Jupiterbahn war im frühen Sonnensystem eine Art „Fabrik“ für Planetesimale sehr unterschiedlicher Zusammensetzung.
Das Magnetfeld der Sonne spielt eine entscheidende Rolle dabei, riesige kühle Plasmastrukturen in der Sonnenkorona, so genannte Protuberanzen, aufrechtzuerhalten.
Der Entstehungsort des erdnahen Asteroiden Ryugu, den die japanische Raumsonde Hayabusa 2 besucht hat, dürfte in der Nähe des Jupiters gelegen haben.
Die heftigen Orkane, die in streifenartigen Sturmbändern über den Jupiter rasen, setzen sich bis in 2000 Kilometern Tiefe fort.
Die Sonne zeigt Schwingungen mit Perioden von mehreren Monaten. Diese Schwingungen steuern das Rotationsmuster der Sonne.

Zahlen und Fakten

Im Rahmen der Solar System School promovieren ständig etwa 35 Wissenschaftler*innen, davon sind aktuell 45 Prozent Frauen. Auf die begehrten Promotionspätze bewerben sich jährlich etwa 200 Studierende aus aller Welt.

Die Solar System School ist ein Zusammenschluss folgender Einrichtungen:

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
Institut für Astrophysik und Geophysik, Universität Göttingen
Geowissenschaftliches Zentrum, Universität Göttingen
Institut für Numerische und Angewandte Mathematik, Universität Göttingen
Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik, TU Braunschweig
Institut für Theoretische Physik, TU Braunschweig
Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze, TU Braunschweig