Hundertjährige Stürme? So lange dauern sie auf Saturn.

11. August 2023

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Korrekturgelesen von Robert Sanders, University of California - Berkeley

Der größte Sturm im Sonnensystem, ein 16.000 km breiter Antizyklon namens "Great Red Spot", schmückt die Oberfläche des Jupiters seit Hunderten von Jahren.

Eine neue Studie zeigt nun, dass Saturn - obwohl viel blander und weniger farbenfroh als Jupiter - ebenfalls lang anhaltende Megastürme mit Auswirkungen in der Atmosphäre hat, die Jahrhunderte andauern.

Die Studie wurde von Astronomen der University of California, Berkeley, und der University of Michigan, Ann Arbor, durchgeführt, die die Radioemissionen des Planeten untersuchten, die von unter der Oberfläche stammen, und langfristige Störungen in der Verteilung von Ammoniakgas feststellten.

Die Studie wurde heute im Journal Science Advances veröffentlicht.

Megastürme treten etwa alle 20 bis 30 Jahre auf Saturn auf und ähneln den Hurrikanen auf der Erde, sind jedoch deutlich größer. Aber anders als die Hurrikane auf der Erde weiß niemand, was Megastürme in der Atmosphäre des Saturns verursacht, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium mit Spuren von Methan, Wasser und Ammoniak bestehen.

"Das Verständnis der Mechanismen der größten Stürme im Sonnensystem stellt die Theorie der Hurrikane in einen breiteren kosmischen Kontext, fordert unser derzeitiges Wissen heraus und erweitert die Grenzen der terrestrischen Meteorologie", sagte der Hauptautor Cheng Li, ein ehemaliger 51 Peg b-Fellow an der UC Berkeley, der jetzt Assistenzprofessor an der University of Michigan ist.

Imke de Pater, eine emeritierte Professorin für Astronomie und für Erd- und Planetenwissenschaften an der UC Berkeley, studiert seit über vier Jahrzehnten Gasplaneten, um ihre Zusammensetzung und das, was sie einzigartig macht, besser zu verstehen. Dafür nutzt sie das Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico, um die Radioemissionen aus dem Inneren des Planeten zu untersuchen.

"Bei Radiowellenlängen untersuchen wir die sichtbaren Wolkenschichten von Gasplaneten. Da chemische Reaktionen und Dynamik die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten verändern, sind Beobachtungen unterhalb dieser Wolkenschichten erforderlich, um die wahre Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten zu bestimmen, ein wichtiger Parameter für Modelle zur Planetenbildung", sagte sie. "Radiobeobachtungen helfen dabei, dynamische, physikalische und chemische Prozesse wie Wärmetransport, Wolkenbildung und Konvektion in den Atmosphären von Gasplaneten auf globaler und lokaler Ebene zu charakterisieren."

Wie in der neuen Studie berichtet, fanden de Pater, Li und der UC Berkeley Doktorand Chris Moeckel etwas Überraschendes in den Radioemissionen des Planeten: Anomalien in der Konzentration von Ammoniakgas in der Atmosphäre, die sie mit vergangenen Vorkommnissen von Megastürmen auf der Nordhalbkugel des Planeten in Verbindung brachten.

Dem Team zufolge ist die Ammoniakkonzentration in mittleren Höhen, kurz unter der obersten Ammoniak-Eis-Wolkenschicht, niedriger, hat sich aber in größeren Tiefen der Atmosphäre, 100 bis 200 Kilometer tiefer, angereichert. Sie glauben, dass das Ammoniak durch die Prozesse der Niederschlagsbildung und erneuter Verdampfung von der oberen zur unteren Atmosphäre transportiert wird. Zudem kann dieser Effekt Hunderte von Jahren andauern.

Die Studie enthüllte weiterhin, dass obwohl Saturn und Jupiter beide aus Wasserstoffgas bestehen, die beiden Gasriesen bemerkenswert unterschiedlich sind. Während Jupiter troposphärische Anomalien aufweist, die mit seinen Zonen (weißlichen Bändern) und Gürteln (dunklen Bändern) in Verbindung gebracht werden, sind diese nicht wie auf Saturn durch Stürme verursacht. Der erhebliche Unterschied zwischen diesen benachbarten Gasplaneten stellt das Wissen der Wissenschaftler über die Entstehung von Megastürmen auf Gasplaneten und anderen Planeten in Frage und kann darüber informieren, wie sie in Zukunft auf Exoplaneten gefunden und untersucht werden.

Journalinformationen: Science Advances

Bereitgestellt von der University of California - Berkeley