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Samstag, 01.10.2016
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Jupiters geheime Heizung enträtselt

Großer Roter Fleck schickt wärmende Wellen in die obere Atmosphäre des Gasriesen

Sturmgigant als Wärmelieferant: Eine neue Kartierung enthüllt, dass die Gashülle des Jupiter genau über dem Großen Roten Fleck ungewöhnlich heiß ist. Offenbar versorgt der Sturm diesen lokalen Hotspot mit Energie – obwohl hunderte Höhenkilometer zwischen ihnen liegen. Dieser "stürmische" Energietransfer könnte erklären, warum die oberen Atmosphären des Jupiter und der anderen äußeren Planeten heißer sind als sie eigentlich sein dürften, wie Forscher im Fachmagazin "Nature" berichten.
Hunderte Kilometer über dem Großen Roten Fleck des Jupiter haben Astronomen einen auffallenden Wärme-Hotspot entdeckt.

Hunderte Kilometer über dem Großen Roten Fleck des Jupiter haben Astronomen einen auffallenden Wärme-Hotspot entdeckt.

In der Atmosphäre des Planeten Jupiter wirken gewaltige Kräfte, davon zeugen rasende Stürme und Wolkenbänder – und der Großen Roten Fleck, der größte Wirbelsturm des Sonnensystems. Rund 800 Kilometer über den Stürmen und Wolken aber hat der Jupiter noch eine Besonderheit: Seine obere Atmosphäre ist ungewöhnlich heiß. Ihre Temperatur liegt bei gut 500 bis 1100 Grad - auch wenn man diese Hitze wegen der geringen Dichte der Gasatome nicht spüren würde.

Wer ist der Wärmelieferant?


Aber woher stammt diese Wärme? Die Sonne allein reicht als Wärmelieferant nicht aus, denn der Jupiter ist gut fünfmal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Dementsprechend schwach fällt die Sonneneinstrahlung aus. Eine weitere mögliche Wärmequelle wären die energiereichen Polarlichter des Gasriesen. Tatsächlich zeigen Messungen und Modelle, dass sie die Hitze der Gashülle über den Polargebieten erklären können.

Doch für die ebenfalls zu warme Atmosphäre der mittleren und niedrigen Breiten kommt dieser Mechanismus nicht in Frage. "Wenn die Wärme nicht von oben kommt und auch nicht durch magnetosphärische Interaktionen erzeugt werden kann, dann muss die Lösung weiter unten liegen", konstatiert Erstautor James O'Donoghue von der Boston University.


"Fiebermessen" bei einem Planeten


Um nach ihr zu suchen, haben er und seine Kollegen eine Methode entwickelt, mit der sie die Wärmeverteilung der oberen Atmosphäre über den gesamten Planten hinweg erfassen konnten. Dafür richteten sie das SpeX-Spektrometer der Infrared Telescope Facility der NASA auf Hawaii eine ganze Nacht lang auf den Jupiter. Dabei richteten sie das Spektrometer so aus, dass sein Aufnahmeschlitz genau in der Rotationsachse des Planeten lag.

Die Infrarotkarte des Jupiter zeigt auffallende Wärme der oberen Atmosphäre in den Polarlichtgebieten und über dem Großen Roten Fleck (Pfeil)

Die Infrarotkarte des Jupiter zeigt auffallende Wärme der oberen Atmosphäre in den Polarlichtgebieten und über dem Großen Roten Fleck (Pfeil)

Dadurch drehte sich der Gasriese im Verlauf seines neun Stunden und 56 Minuten dauernden Tages einmal komplett unter dem Spektrometer hindurch. Als Ergebnis erhielten die Astronomen eine komplette Karte der Wärmeverteilung von Jupiters oberer Atmosphäre. Sie zeigte - wie erwartet - ein Hitzegefälle von den Polen zum Äquator. Dieses Gefälle spiegelt die magnetische Heizwirkung der Polarlichter wider.

Hotspot über dem Großen Roten Fleck


Es gab aber noch eine Auffälligkeit: Einige hundert Kilometer über dem Großen Roten Fleck lag ein Hotspot, in dem die Temperaturen der oberen Atmosphäre mehr als 1300 Grad erreichten. Dieses Gebiet war damit einige hundert Grad wärmer als der Rest der Jupiteratmosphäre und sogar wärmer als die heißen Polargebiete.

"Wir konnten sofort erkennen, dass unsere höchsten Temperaturen über dem Großen Roten Fleck lagen – aber war dies ein seltsamer Zufall oder ein entscheidender Hinweis?", berichtet O'Donoghue. Nach Ansicht der Forscher musste mehr dahinterstecken als Zufall, immerhin setzt der Große Rote Fleck mit seinen Winden enorme Energien frei und ist groß genug, um drei Erden in sich aufzunehmen.

Energietransfer: Turbulenzen über den Wirbelsturm erzeugen Schwerewellen und aksutische Wellen, die Energie in die obere Atmosphäre transportieren.

Energietransfer: Turbulenzen über den Wirbelsturm erzeugen Schwerewellen und aksutische Wellen, die Energie in die obere Atmosphäre transportieren.

Energietransfer aus dem Sturm


"Der Große Rote Fleck ist eine gewaltige Quelle der Energie, aber wir hatten bisher keine Belege dafür, dass er einen Effekt auf die Temperaturen in großer Höhe haben könnte", sagt Koautor Luke Moore von der Boston University. Schließlich liegt der Hitze-Hotspot in der oberen Atmosphäre hundert von Kilometern über den höchsten Ausläufern des Sturmgiganten.

Doch die neuen Messdaten legen nun nahe, dass der Große Rote Fleck sehr wohl eine Heizwirkung bis in größte Höhen entfacht. "Dieser Hotspot muss von unten beheizt werden", sagen die Forscher. Und die Energie dafür stammt höchstwahrscheinlich aus dem Großen Roten Fleck. "Ein solcher Energietransfer von unten nach oben wurde zwar schon in Modellen simuliert, aber noch nie direkt beobachtet", so die Forscher.

"Fahrstuhl" für Schwerewellen


Aber wie gelangt die Energie aus dem Wirbelsturm in die obere Atmosphäre? Den Modellen der Forscher nach könnte dies in zwei Schritten geschehen: Zunächst verursacht der Sturm Turbulenzen über seiner Wolkendecke und verstärkt sie. Diese Turbulenzen wiederum erzeugen Schwerewellen und vielleicht sogar Schallwellen, die bis in die obere Atmosphäre aufsteigen. Dort übertragen sie die in ihnen gespeicherte Energie als Wärme an die Gasteilchen.

Sollte sich dies bestätigen, dann hätten die Wissenschaftler einen neuen Mechanismus der planetaren Atmosphärenheizung nachgewiesen – und möglicherweise eine Lösung für das Rätsel der "zu heißen" Gashülle des Jupiter gefunden. Denn dieser Wärmetransfer könnte nach Ansicht der Forscher nicht nur über dem Großen Roten Fleck stattfinden, sondern in geringerem Maße auch über kleineren Stürmen in der Jupiteratmosphäre.

Und nicht nur das: Auch bei den anderen Planeten im äußeren Sonnensystem – Saturn, Uranus und Neptun - haben Messungen einen ähnlichen Wärmeüberschuss in großer Höhe registriert. Weil es auch auf diesen Planten starke Stürme gibt, könnte auch bei ihnen dieser Mechanismus eine Erklärung dafür liefern. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature18940)
(Boston University/ Nature, 28.07.2016 - NPO)
 
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