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Planetenforschung

Jupiters lärmender Wirbelsturm

Schallwellen vom Großen Roten Fleck auf Jupiter, dem größten Wirbelsturm des Sonnensystems, heizen die darüber befindliche Hochatmosphäre um mehrere 100 Grad auf.
Nahaufnahme des großen Roten Flecks und seines damals noch weißen Begleitsturms

Der Große Rote Fleck auf Jupiter ist das markanteste Merkmal des Riesenplaneten. Er ist ein langlebiger, gigantischer Wirbelsturm, der annähernd den doppelten Durchmesser der Erde erreicht. Nun stellten Forscher um James O'Donoghue von der Boston University in Massachusetts fest, dass vom Großen Roten Fleck offenbar starke Schall- und Schwerewellen ausgehen, welche die darüberliegende Hochatmosphäre um mehrere 100 Grad aufheizen.

Schallwellen über dem Großen Roten Fleck (künstlerische Darstellung)
Schallwellen über dem Großen Roten Fleck | Turbulente atmosphärische Strömungen über dem Großen Roten Fleck auf Jupiter, dem größten Wirbelsturm des Sonnensystems, erzeugen sowohl Schwere- als auch Schallwellen. Gemeinsam sorgen sie dafür, dass die Atmosphäre in 800 Kilometer Höhe über dem Großen Roten Fleck im Vergleich zur Umgebung um mehrere hundert Grad aufgeheizt wird.

Eigentlich wollten die Astronomen die Polarlichter des Riesenplaneten im mittleren Infraroten im Bereich von 3,13 bis 3,53 Mikrometern beobachten. Hier leuchtet Jupiter im Licht des geladenen Wasserstoffmoleküls H3+. Das Molekül tritt vor allem in der hohen Atmospäre rund 800 Kilometer oberhalb der sichtbaren Wolkendecke des Gasriesen auf, wo der Luftdruck schon einem recht guten Vakuum entspricht. Bei ihren Beobachtungen mit der NASA Infrared Telescope Facility auf dem Mauna Kea in Hawaii stellten die Forscher fest, dass neben den deutlich sichtbaren Polarlichtregionen auch das Gebiet unmittelbar oberhalb des Großen Roten Flecks heller leuchtet, also deutlich wärmer als der Rest des Planeten ist. Dies kam völlig überraschend.

© James O'Donoghue, Luke Moore and NASA Infrared Telescope Facility (IRTF)
Jupiter im Infraroten mit Großem Rotem Fleck
Im Infraroten, bei Wellenlängen zwischen 3,13 und 3,53 Mikrometern, leuchten die beiden Polarlichtovale besonders hell. Aber auch über dem Großen Roten Fleck, einem gigantischen Wirbelsturm in den mittleren südlichen Breiten, lässt sich ein schwaches Leuchten erkennen.

Nachdem Modellrechnungen gezeigt hatten, dass die Wärme nicht aus den Polarlichtovalen stammen kann, da dies durch die starken Coriolis-Kräfte auf dem in rund zehn Stunden rotierenden Jupiter verhindert wird, suchten O'Donoghue und seine Koautoren nach anderen Erklärungen, wie der Große Rote Fleck die oberhalb befindliche Atmosphäre aufheizen kann. Dabei untersuchten sie sowohl Schwerewellen, nicht zu verwechseln mit Gravitationswellen, und akustische Wellen, also Schallwellen. Schwerewellen entstehen beispielsweise, wenn Windströmungen über ein Hindernis streichen und dadurch in Schwingungen ähnlich wie eine Gitarrenseite gelangen. Auf der Erde geschieht dies zum Beispiel hinter hohen Bergen; auf dem Jupiter, einem Gasriesen ohne feste Oberfläche, ist der Große Rote Fleck ein solches Hindernis, denn seine Wolken ragen bis zu 50 Kilometer über die Umgebung empor. Allerdings vermuten die Forscher, dass Schwerewellen nur einen geringen Teil zur Aufheizung oberhalb des Wirbelsturms beitragen.

Die Hauptschuldigen sind nach den Untersuchungen von O'Donoghue also akustische Wellen, das heißt Lärm, der bis in die Hochatmosphäre vordringt und dort in Wärme umgewandelt wird. Tatsächlich ist die Atmosphäre direkt oberhalb des Großen Roten Flecks bis zu 800 Grad heißer als in der Umgebung. Die Temperaturen in dieser Höhe liegen im Mittel auf dem restlichen Planeten um rund 500 Grad Celsius, allerdings ist der Luftdruck in diesen Höhen sehr gering. Hier können sich die Moleküle rasch über weite Strecken bewegen, bevor sie mit anderen Molekülen oder Atomen zusammenstoßen. Die Temperaturen sind also ein Maß für ihre Beweglichkeit. Auf jeden Fall ist die beobachtete Aufheizung oberhalb des Großen Roten Flecks ein Novum. Bislang gab es keine überzeugende Hinweise darauf, dass die tiefen und höheren Luftschichten auf einem Gasriesen direkt vertikal gekoppelt sind und dadurch Energie aus dem Inneren nach außen übertragen wird.

30/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 30/2016

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