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Sonntag, 24.06.2018
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Jupiter: Verblüffend anders

Überraschend tiefreichende Stürme und "feste" Flüssigkeiten im Inneren des Gasriesen

Der Gasriese Jupiter sorgt erneut für Überraschungen. Denn Daten der NASA-Raumsonde Juno enthüllen, dass der Planet ein unerwartet asymmetrisches Schwerefeld besitzt. Das verrät, dass sich das Jupiterinnere anders verhält als gedacht. So reichen die auffallenden Sturmbänder bis in 3.000 Kilometer Tiefe. Überraschend auch: Die durch den enormen Druck verflüssigten Gase darunter verhalten sich wie ein Festkörper statt wie eine Flüssigkeit, wie Forscher im Fachmagazin "Nature'" berichten.
Die auffallenden Sturmbänder reichen unerwartet tief in das Jupiterinnere - das ist nur eines der überraschenden Ergebnisse des Juno Gravity Experiment.

Die auffallenden Sturmbänder reichen unerwartet tief in das Jupiterinnere - das ist nur eines der überraschenden Ergebnisse des Juno Gravity Experiment.

Der Jupiter ist nicht nur der größte Planet in unserem Sonnensystem, er birgt auch noch immer viele Geheimnisse. Denn was unter den rasenden Stürmen und turbulenten Wolkenbändern des Gasriesen vor sich geht, ist bisher nur in Teilen bekannt. Unklar ist beispielsweise, wie weit die Stürme in die Tiefe reichen und woher sie ihre Energie bekommen. Auch über das Verhalten des Wasserstoffs und Heliums tief in Inneren des Gasplaneten konnten Forscher bisher nur spekulieren.

Doch seit Juli 2016 haben Planetenforscher einen neuen "Spion" am Jupiter: Die NASA-Raumsonde Juno umkreist den Gasriesen in elliptischen Bahnen und kommt ihm dabei immer wieder sehr nahe. Dies ist die perfekte Gelegenheit, detaillierte Daten zu sammeln – unter anderem über das Magnetfeld, die Polarlichter und den Großen Roten Fleck des Jupiter.

Jupiters Schwerefeld ist asymmetrisch


Die jüngsten Einblicke stammen jedoch nicht von einem Messinstrument, sondern vom Verhalten der Raumsonde selbst. Im Rahmen des Juno Gravity Experiments haben Luciano Iess von der Sapienza Universität Rom und seine Kollegen das sich ändernde Flugtempo der Sonde genutzt, um die Anziehungskraft des Jupiter und damit sein Schwerefeld zu vermessen. Dafür ermittelten sie, ob und wie stark ein zur Sonde und zurück geschicktes Radiosignal durch den Doppler-Effekt verzerrt wurde.


Das überraschende Ergebnis: Entgegen den Erwartungen ist das Schwerefeld des Jupiter nicht komplett symmetrisch. Stattdessen enthüllen die Juno-Daten Unterschiede zwischen der Nord- und Südhalbkugel. Wie die Forscher erklären, ist eine solche Asymmetrie für einen schnellrotierenden Gasplaneten wie Jupiter eher ungewöhnlich. Sie deutet darauf hin, dass es auch tief unter der Oberfläche dynamische und voneinander abweichende Strömungen geben muss.

Blick in das Innenleben des Jupiter


Stürme bis in 3.000 Kilometer Tiefe


Was es mit den tiefen Strömungen des Jupiter auf sich hat, haben zwei weitere Forschungsteams genauer untersucht. Yohai Kaspi vom Weizmann Institute of Science in Rehovot und seine Kollegen analysierten dafür bestimmte Merkmale in den asymmetrischen Schwerefelddaten von Juno, die verraten können, wie tief die rasenden Windströmungen in die Gashülle des Jupiter hineinreichen.

Ihre Analysen ergaben: Die stürmischen Windbänder des Jupiter sind kein rein oberflächliches Phänomen, sondern haben sehr tiefe Wurzeln: "Die Jetstreams reichen von der Oberseite der Wolkendecke bis in eine Tiefe von rund 3000 Kilometern", berichten die Forscher. Rund ein Prozent der gewaltigen Masse des Jupiter ist demnach ständig in Bewegung und rast in den Sturmbändern um den Planeten.


"Im Gegensatz dazu macht die Erdatmosphäre weniger als ein Millionstel der Gesamtmasse der Erde aus", sagt Kaspi. Die Tatsache, dass beim Jupiter eine so massereiche Region in getrennte Ost-West-Bändern rotiert, ist definitiv eine Überraschung."

"Feste" Flüssigkeiten


Doch was liegt unter dieser tiefreichenden Sturmzone? Das haben Tristan Guillot von der Universität der Côte d’Azur in Nizza und seine Kollegen bei der Auswertung der symmetrischen Komponente der Juno-Schwerefelddaten herausgefunden. Demnach beginnt in 3.000 Kilometern Tiefe die Zone, in der Wasserstoff und Helium wegen des normen Drucks im Jupiterinneren flüssig werden.

Das Überraschende daran: Obwohl diese Gase verflüssigt sind, verhalten sie sich im Jupiterinneren wie ein Feststoff. Statt umherzuschwappen rotiert das Wasserstoff- und Heliumgemisch wie ein einziger fester Block. "Das ist ein wirklich fantastisches Ergebnis!", sagt Guillot. "Zukünftige Messungen durch Juno werden uns helfen zu verstehen, wie der Übergang zwischen der Wetterzone und dem festen Körper darunter verläuft."

Den Grund für das "feste" Verhalten des flüssigen Wasserstoffs und Heliums vermuten die Forscher in den elektromagnetischen Eigenschaften dieser verflüssigten Gase: "In dieser Tiefe werden die Leitfähigkeit und die daraus resultierende magnetische Bremswirkung so stark, dass sie die Flüssigkeitsbewegung in eine Festkörper-Rotation zwingen", erklären Guillot und seine Kollegen.

Infrarot-Blick auf die dichtgedrängten Wirbelstürme am Nordpol des Jupiter

Infrarot-Blick auf die dichtgedrängten Wirbelstürme am Nordpol des Jupiter

Dichtgedrängte Sturmwirbel


Eine weitere Überraschung brachten neue Aufnahmen und Daten von den Polen des Gasriesen. Denn sie bestätigen, dass dort zahlreiche Wirbelstürme dicht an dicht gepackt sind. Am Nordpol ist ein zentraler Zyklon von acht weiteren Sturmwirbeln umgeben – jeder von ihnen zwischen 4.000 und 6.000 groß. Am Südpol umgeben fünf sogar bis zu 7.000 Kilometer große Wirbelstürme den zentralen Zyklon.

"Die große Frage ist, warum diese Stürme nicht verschmelzen", sagt Alberto Adriani vom Institut für Planetenforschung im Rom. Denn die polaren Zyklone des Jupiter liegen so dicht nebeneinander, dass sich ihre Spiralarme berühren. Trotz der in ihnen herrschenden enormen Windgeschwindigkeiten von 350 Kilometer pro Stunde scheinen sie sich aber kaum zu stören. Es gibt im Sonnensystem nichts Vergleichbares", so Adriani.

Immer neue Überraschungen


Diese neuen Erkenntnisse über das Innenleben des Jupiter werfen ein ganz neues Licht auf die Vorgänge im Inneren von Gasriesen. Dies ist nicht nur wichtig und spannend, um die Gasplaneten in unserem eigenen Sonnensystem besser zu verstehen. Es hilft auch bei der Erforschung der vielen Gasriesen, die um fremde Sterne kreisen.

"Diese erstaunlichen Ergebnisse sind ein weiteres Beispiel für Jupiters Überraschungen", sagt der leitende Wissenschaftler der Juno-Mission, Scott Bolton vom Southwest Research Institute. "Juno hat erst ein Drittel ihrer Mission absolviert und schon jetzt sehen wir den Jupiter in ganz neuem Licht." (Nature, 2018; doi: 10.1038/nature25776, doi: 10.1038/nature25793, doi: 10.1038/nature25775, doi: 10.1038/nature25491)
(Nature/ NASA, 08.03.2018 - NPO)
 
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