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Eisriesen: Ammoniak-Rätsel gelöst

"Matschbälle" entfernen Ammoniak aus der Atmosphäre von Uranus und Neptun

Jupiter, sAturn, Uranus, Neptun
Wo ist all das Ammoniak geblieben, dass in der Gashülle von Uranus und Neptun (vorne) vorhanden sein müsste? © NASA/ ESA, /Space Science Institute, University of California

Fehlendes Gas: Forscher könnten herausgefunden haben, warum die oberen Atmosphären von Uranus und Neptun viel weniger Ammoniak enthalten als sie sollten. Demnach bilden sich in den Gashüllen der Eisriesen riesige Matschbälle aus halbgefrorenen Wasser und Ammoniak – ähnlich wie vor kurzem für den Jupiter nachgewiesen. Dieser Riesenhagel fällt dann unter die Wolkendecke hinab und entfernt so das Ammoniak aus der für Messungen sichtbaren Zone.

Uranus und Neptun sind in mehrfacher Hinsicht ungewöhnlich. Beide Planeten sind Eisriesen, deren Mantel aus einer fluiden Mischung von Wassereis, Ammoniak und Methaneis besteht. Ihre Gashülle schimmert durch Wolken aus gefrorenem Methan bläulich und verbirgt den Blick auf tiefere Schichten. Große Wirbelstürme und langlebige Luftströmungen durchziehen die Atmosphäre beider Eisriesen.

Ein Merkmal der Eisriesen-Gashülle aber gibt Planetenforschern schon seit Jahrzehnten Rätsel auf: Die mit Messinstrumenten und Teleskopen erfassbare Atmosphäre beider Planeten enthält viel weniger Ammoniak als erwartet. Denn eigentlich müsste ihre Gashülle ähnlich zusammengesetzt sein wie die der beiden benachbarten Gasriesen Saturn und Jupiter. Modellen zufolge geht das Ammoniak wie die restlichen Gase der Planetenhüllen auf die Urwolke zurück, in der sich die Planeten des Sonnensystems einst bildeten.

Entscheidender Hinweis vom Jupiter

Wo aber steckt das Ammoniak bei Uranus und Neptun? Eine mögliche Antwort auf diese Frage könnte nun Tristan Guillot vom Laboratorium Lagrange in Nizza gefunden haben. Seine Erklärung setzt an einem Phänomen an, das Guillot und sein Team erst kürzlich in der Gashülle des Jupiter entdeckt haben. Aus Messdaten der NASA-Raumsonde Juno geht hervor, dass auch dort stellenweise weniger Ammoniak in der oberen Atmosphäre präsent ist als gedacht.

Den Grund dafür lieferten nähere Analysen der Juno-Daten. Sie deuten daraufhin, dass sich in den hohen Wolken des Gasriesen riesige Graupelklumpen aus Schichten von halbflüssigem Ammoniak und Wassereis bilden. „Schließlich werden diese Matschbälle so groß, dass selbst die starken Aufwinde sie nicht mehr in der Schwebe halten können“, erklärt Guillot. Die matschigen, bis zu einem Kilogramm schweren Klumpen fallen herab und transportieren so das Ammoniak in tiefe Schichten der Jupiter-Gashülle.

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Matschbälle
In der Atmosphäre von Uranus und Neptun könnte sich riesige Matschbälle aus halbgefrorenem Wasser und Ammoniak bilden. © NASA/JPL-Caltech, SwRI, CNRS

„Matschbälle“ als Ammoniak-Fallen

„Ich zeige nun, dass das, was wir am Jupiter gelernt haben, auch eine plausible Erklärung für das Ammoniak-Rätsel bei Uranus und Neptun sein kann“, sagt Guillot. Mithilfe eines Modells hat der Planetenforscher ermittelt, dass die Bildung solcher ammoniakreichen Matschbälle bei den Eisriesen sogar noch häufiger und effizienter abläuft als in der Gashülle des Jupiter. „Die Entstehungsregion für die Klumpen ist bei diesen Planeten ausgedehnter und liegt in größerer Tiefe“, erklärt der Wissenschaftler.

Konkret bedeutet dies, dass wahrscheinlich auch in der Gashülle von Uranus und Neptun riesige Ammoniak-Wassereis-Klumpen entstehen und dann nach unten fallen. Sie verschwinden dadurch tief unter der dichten Schicht von Methaneiswolken, die Messinstrumenten und Teleskopen die Sicht ins Innere versperren. „Das Ammoniak ist dadurch wahrscheinlich noch in der tiefen Atmosphäre dieser Planeten vorhanden, aber einfach außer Reichweite unserer Messinstrumente“, sagt Guillot.

„Wir brauchen eine Mission zu den Eisriesen“

Um herauszufinden, ob es auf Uranus und Neptun tatsächlich solche „Matschbälle“ gibt und ob sie die Ursache für den rätselhaften Ammoniakmangels sind, müsste man allerdings Untersuchungen vor Ort vornehmen. „Um diesen Prozess vollends zu verstehen, brauchen wir eine Raumsonde, die die tieferen Atmosphärenstruktur beprobt und die Durchmischung der planetaren Gashüllen näher erforscht“, sagt Guillot.

Wichtig wäre dies nicht nur für unser Wissen über Uranus und Neptun, sondern auch für das Verständnis der Planetenbildung und -entwicklung allgemein. „Neptun und Uranus sind ein entscheidendes Bindeglied zwischen Gasriesen wie Jupiter und Saturn und den extrasolaren Eisriesen, die wir in unserer Galaxie immer häufiger finden“, betont der Forscher. Er hat seine Erkenntnisse gerade auf dem European Planetary Science Congress 2021 vorgestellt.

Quelle: Europlanet Media Centre

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