Raumsonden- Beobachtungen der Jupiter DAM Radiostrahlung

Planetare Magnetosphären, insbesondere die Jupiter Magnetosphäre, bieten günstige Verhältnisse für komplexe kohärente nicht-thermische Radiostrahlungen, welche dem Mechanismus der Zyklotron Maser Instabilität zugeordnet werden können. Diese Emission ist das Resultat einer komplizierten Wechselwirkung zwischen der äußerst dynamischen Jupitermagnetosphäre und energetischen Teilchen, die ihre freie Energie aus der planetaren Rotation und der Wechselwirkung zwischen Jupiter und den Galileischen Monden beziehen. Somit kann die Radiostrahlung aus den Aurorazonen als ein sehr gutes Instrument betrachtet werden, um die Energiedissipation in den auroralen Zonen als auch die Aktivität und Dynamik der Jupitermagnetosphäre zu beobachten. Hauptforschungsgebiet des vorliegenden Projektes ist die Jupiter-Dekameter Radiostrahlung (DAM), der stärksten Komponente der auroralen Jupiterradiostrahlung. Das Forschungsprogramm besteht aus zwei Hauptteilen. Der erste Teil betrifft die Untersuchung eines neuen Typus der periodischen Radiobursts in der non-Io Komponente der Jupiter DAM. Diese periodischen Bursts, welche von mehreren Raumsonden-Radioexperimenten aufgezeichnet und kürzlich durch unsere Forschungsgruppe (IWF Graz) in den Radiospektren entdeckt wurden, sind charakterisiert durch eine sehr periodische Wiederkehr über mehrere Jupitertage, mit einer Periode, welche ca. 1,5% länger ist als die Rotationsrate der Jupitermagnetosphäre. Höchstwahrscheinlich ist dieses Phänomen stark verknüpft mit der komplexen Wechselwirkung zwischen der Jupitermagnetosphäre und Plasmastrukturen, welche der Corotation nicht vollständig folgen können. Neben dem allgemein wissenschaftlichen Wert ist auch das volle Verständnis über die Natur dieser periodischen Bursts insofern von Bedeutung, als dies auch zum Verständnis der Physik der globalen Plasmadynamik in der Jupitermagnetosphäre und ihrer Wechselwirkung mit dem Sonnenwind beiträgt. Der zweite Hauptteil des Proposals betrifft die Untersuchung der Strahleigenschaften der von Io kontrollierten DAM. Die Verwendung von stereoskopischen Beobachtungen der Jupiter DAM durch mehrere Raumsonden repräsentiert eine viel versprechende Vorgangsweise in der Untersuchung im Bereich der planetaren magnetosphärischen Radiophysik. Beide Teile des vorgeschlagenen Forschungsprogrammes inkludieren auch die Analyse der zugänglichen Beobachtungsdaten, die Entwicklung theoretischer Modelle und physikalischen Szenarios für die Interpretation der beobachteten Phänomene. Auf der Grundlage intensiver internationaler wissenschaftlicher Kollaboration mit führenden Forschungsgruppen im Bereich der planetaren Magnetosphärenphysik ist das vorliegende Forschungsprojekt gerade auch im Hinblick auf die zukünftigen Raumsondenmissionen zu Jupiter, wie der NASA-Mission JUNO und der gemeinsamen NASA-ESA Europa Jupiter System Mission (EJSM) von hoher Aktualität.

Die Magnetosphäre des Planeten Jupiter ist eine komplexe Quelle starker Radiostrahlung. Diese Strahlung wird durch eine komplizierte Wechselwirkung zwischen Jupiters Magnetosphäre und hochenergetischen Teilchen erzeugt. Die dazu nötige Energie kommt aus der Planetenrotation und der Wechselwirkung zwischen Jupiter und den Galileischen Monden. Im FWF Projekt P23762-N16 Multispacecraft observations of Jovian DAM wird die nicht-thermische Dekameter Radiostrahlung (DAM) betrachtet, die die stärkste Komponente der Strahlung des Jupiters ist. Die Hauptziele des Projektes wurden durch die Analyse simultaner Beobachtungen erreicht, die von erdgebundenen Teleskopen und von Radioinstumenten an Bord von Satelliten stammen. Ein neuer Typ von periodischen Ausbrüchen der Dekameter-Radiostrahlung wurde identifiziert. Die Richtungseigenschaften und die Periodizität der Ausbrüche wurden studiert, und es wurde herausgefunden, dass die Periodendauer 1.5% über der Rotationsdauer der Jupitermagnetosphäre liegt. Weiters wurde die Relation zwischen den periodischen Radiostrahlungsausbrüchen und dem Sonnenwind sowie der Aktivität der Polarlichtregion des Jupiters untersucht. Ein Mechanismus für die Erzeugung von periodischen Radiostrahlungsausbrüchen wurde vorgeschlagen. Die durchgeführte Analyse der stereoskopischen Weltraumbeobachtung ergibt eine Abschätzung der Richtungseigenschaften der DAM-Strahlung, die vom Mond Io kontrolliert werden, so zum Beispiel die Dicke des Strahlungskonus. In Zusammenarbeit mit internationalen Beobachtungsteams wurde eine langfristige Jupiter-Beobachtungskampagne organisiert, in der die erdgebundenen Dekameter-Radioteleskope genutzt werden. Wir haben während der Analyse der Radiodaten einen neuen Typ von Zebra-ähnlichen Schmallbandstrukturen in der DAM-Strahlung entdeckt, der noch nie in diesem Frequenzbereich beobachtet wurde.