Seit Juli 2016 umkreist die NASA-Raumsonde Juno den Gasriesen Jupiter. Alle 53 Tage nähert sie sich bis auf etwa 5000 Kilometer Jupiters Wolkendecke und erlangt dabei nie zuvor gewonnene Einblicke in seiner Atmosphäre. Da die Sonde außerdem auf einem stark elliptischen Orbit in Nord-Süd-Richtung um Jupiter fliegt, kann sie auch seine Polregionen und Magnetosphäre genau erkunden. Zwei Veröffentlichungen in der Fachzeitschrift "Science" präsentieren nun erste umfangreiche Ergebnisse – und halten einige Überraschungen bereit.

Nord- und Südpol von Jupiter im Blick der Raumsonde Juno
© J.E.P. Connerney et al., Science 2017; Bolton S.J. et al.: Jupiter’s interior and deep atmosphere: The initial pole-to-pole passes with the Juno spacecraft. In: Science 356, S. 821-825, 2017, fig. 1
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Die US-Raumsonde Juno überfliegt auf ihrer Umlaufbahn die Pole des Riesenplaneten Jupiter. Eine Unmenge an Wirbelstürmen kennzeichnet die hohen polaren Breiten. Die größten von ihnen erstrecken sich über rund 1400 Kilometer.

Denn wie sein mythologischer Namensgeber, die römische Obergottheit Jupiter, verbirgt auch der größte Planet unseres Sonnensystems seine wahre Gestalt hinter dichten Wolkenschleiern. In den antiken Sagen half das dem König der Götter nicht: Seine Gattin Juno sah durch die Wolken hindurch und erkannte Jupiters Charakter. Ähnliche Einsichten in das Innere des Gasriesen gelangen nun einer Gruppe von Wissenschaftlern um Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio, USA. Dafür werteten die Forscher Daten des Mikrowellenspektrometers an Bord der Sonde Juno aus. Dieses kann die Temperaturen unterschiedlicher Atmosphärenschichten bis zu Tiefen von mehreren hundert Kilometern unterhalb der Wolkendecke messen.

Dabei entdeckten die Forscher unerwartete Strukturen in der Nähe des Äquators, wo sich die auffälligsten Wolkenbänder Jupiters befinden: Offenbar steigt hier gasförmiges Ammoniak in einem gewaltigen Strom aus tieferen Schichten auf und sorgt so für ein gigantisches Wettersystem. Es ist vergleichbar mit den Hadley-Zellen rund um den Erdäquator, wo die Luft nahe dem Boden durch den hohen Sonnenstand stark erwärmt wird und in der Folge in hohe Atmosphärenschichten strömt. Bisher gingen Forscher dagegen davon aus, dass das Ammoniak in Jupiters Gashülle gleichmäßig verteilt sei.

Der komplette Südpol von Jupiter (Kompositbild)
© NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles
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Jupiters Südpol offenbart seine volle Pracht, wenn Bilder von drei Umläufen der Raumsonde Juno zusammengesetzt werden: Aus einer Höhe von etwa 52 000 Kilometern sind viele ovale Wirbelstürme zu sehen, die bis zu 1000 Kilometer im Durchmesser erreichen.

Ähnlich überrascht waren die Wissenschaftler, als sie Aufnahmen von Jupiters Nord- und Südpol auswerteten: Von den typischen Wolkenbändern in niedrigeren Breiten ist hier nichts mehr zu sehen, stattdessen zeigen sich chaotische Szenen mit vielen hellen, ovalen Wirbeln. Einige von ihnen erreichen 1400 Kilometer Durchmesser, andere stoßen mit einer Größe von nur 50 Kilometern bereits an das Auflösungslimit von Junos Kamera. Exakt auf die Pole zentrierte, dunkle und schnell rotierende Strudel, wie sie bei Saturn vorkommen, sucht man vergeblich, genau wie die hexagonale Struktur um Saturns Nordpol. Die Atmosphären der beiden größten Planeten unseres Sonnensystems unterscheiden sich also deutlich hinsichtlich der Dynamik an ihren Polen.

Bolton und seine Kollegen untersuchten auch Jupiters Magnetfeld, das eine weitere Überraschung bereithielt: Es ist ungefähr zehnmal stärker als das der Erde und übertrifft damit die Erwartungen der Forscher beträchtlich. Eine weitere Studie von Wissenschaftlern um John Connerney vom NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, ebenfalls USA, wendet sich außerdem Jupiters Magnetosphäre zu – der Region, die durch das Magnetfeld des Planeten vom Sonnenwind abgeschirmt ist. Die Forschergruppe berichtet, dass diese sich während Junos Anflug im Frühsommer 2016 ausgedehnt habe: Die Raumsonde passierte die Stoßwelle der Magnetosphäre, also ihre Grenze zum Sonnenwind, nämlich nur einmal am 24. Juni 2016; auf ihren nachfolgenden Umläufen blieb sie dagegen immer innerhalb der Magnetosphäre. Die Stoßwelle muss sich also in der Zwischenzeit weiter vom Planeten entfernt haben.

Weitere Untersuchungen der Wissenschaftler enthüllen intensive Polarlichter an Nord- und Südpol, die wohl auf energiereiche Elektronenschauer zurückgehen; allerdings scheinen die Schauer anders verteilt zu sein als auf der Erde. Zukünftige Messungen werden hier weitere Einblicke erlauben – Juno muss ihren Gatten Jupiter also noch etwas länger ausspionieren.