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Göttinger Sonnenforscher klären auf: Wirbelstürme auf dem Jupiter

Aufsteigende Gasströme verursachen die Windbänder Göttinger Sonnenforscher klären auf: Wirbelstürme auf dem Jupiter

Mit Computersimulationen haben Göttinger Sonnensystemforscher das Auftreten von Antizyklonen auf dem Planeten Jupiter erklärt. Die Wirbelstürme entstehen durch aufwärtsgerichtete Gasströme tief im Innern.

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Im Vergleich: Links die durch die Winde strukturierten Jupiter-Wolken. In der Computersimulation (rechts) sind antizyklonische Winde blau und zyklonische rot dargestellt. Die zyklonischen Ringe sind auf der Jupiteraufnahme (links) als dunklere Ringe erkennbar.

Quelle: NASA/MPS

Göttingen. Dem neuen Modell gelingt es erstmals nachzubilden, dass die Jupiter-Wirbelstürme vor allem in breiten Bändern nördlich und südlich des Äquators auftreten. Dort findet sich auch der Große Rote Fleck, ein gigantischer und seit Jahrhunderten stabiler Wirbelsturm in der Atmosphäre des Gasplaneten.

Ausgedehnte ostwärts und westwärts gerichtete Windbänder treiben Wolken aus gefrorenen Ammoniakkörnchen mit Geschwindigkeiten von bis zu 550 Kilometern pro Stunde um den Planeten. Andere Regionen werden von riesigen langlebigen Wirbelstürmen dominiert.

Jupiter besteht im Wesentlichen aus Wasserstoff und Helium. Das Gasgemisch wird unter dem hohen Druck der darüber liegenden Massen bei etwa 90 Prozent des Planetenradius metallisch und damit elektrisch leitend. Weiter außen liegt das Gas in seinem nicht metallischem „Normalzustand“ vor. Messungen legen nahe, dass der äußerste Teil jener Schicht, in den sich die beobachtbaren Wetterphänomene abspielen, stabil geschichtet ist.

Die Simulationen der kanadischen Forscher von der Universität in Alberta und der Göttinger Forscher berücksichtigen erstmals auch diese stabile Schicht. „Wir simulieren nur die 7000 Kilometer der nichtmetallischen Schicht, da das Magnetfeld in tieferen Regionen die Dynamik entscheidend verlangsamt. Die äußeren fünf Prozent davon, also 350 Kilometer, sind stabil geschichtet“, erklärt MPS-Wissenschaftler Thomas Gastine.

Angetrieben von der Wärme weiter innen im Kern des  Planeten steigt das Gas in Paketen nach oben, ähnlich wie kochendes Nudelwasser. Die darüber liegenden, stabilen Luftschichten der Jupiteratmosphäre stellen aber eine Barriere dar.

„Nur wenn der Auftrieb des Gaspaketes stark genug ist, kann es in diese Schicht eindringen und breitet sich darin horizontal aus. Unter dem Einfluss der Planetendrehung wird die horizontale Bewegung verwirbelt, so wie wir es auch bei den Wirbelstürmen auf der Erde beobachten“, erklärt MPS-Forscher Johannes Wicht. Wenn das Gas genug abgekühlt ist, sinkt es wieder in die Tiefen der Atmosphäre.

Als Anhaltspunkt dienten den Forschern Daten der NASA-Raumfähre Galileo. Diese konnte eine kleine Messsonde absetzen, die mehr als 100 Kilometer unter die Wolkenschicht vordrang, bis sie bei einem Druck von 24 bar zerstört wurde. Im Ergebnis bieten die  Rechnungen ein  realistisches Bild der obersten Gasschichten des Jupiters. Dagegen sind die erstaunliche Beständigkeit des Großen Roten Flecks sowie seine Farbe noch nicht geklärt. Wicht: „Hier scheinen Prozesse mitzuwirken, die wir noch nicht kennen.“

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