(Rechts) Jupiter aus der Sicht des JWST (Links) eine Nahaufnahme des Großen Roten Flecks, des größten Sturms des Sonnensystems (Bildnachweis: ESA/Webb, NASA & CSA, Jupiter ERS Team, J. Schmidt, H. Melin, M. Zamani)
Mit dem James Webb Space Telescope (JWST) haben Astronomen bisher unbekannte Strukturen und Aktivitäten in der Jupiteratmosphäre über dem Großen Roten Fleck entdeckt. Diese seltsamen Erscheinungen scheinen durch starke atmosphärische Schwerkraftwellen verursacht zu werden.
Der Große Rote Fleck ist der größte Sturm im Sonnensystem, doppelt so groß wie die Erde, und es wird angenommen, dass er seit mindestens 300 Jahren wütet, so die NASA. Die Winde des Großen Roten Flecks wüten mit etwa 270 bis 425 Meilen pro Stunde (430 bis 680 Kilometer pro Stunde), bis zu 3,5 Mal so schnell wie ein Tornado hier auf der Erde.
Trotz des Alters, der Größe und der Stärke des Sturms hatten Wissenschaftler eigentlich vermutet, dass die Jupiteratmosphäre über dem Großen Roten Fleck nicht besonders interessant sei. Die neuen Beobachtungen des Nahinfrarotspektrographen (NIRSpec) des JWST, der den gewaltigen scharlachroten Sturm im Juli 2022 beobachtete, zeigen jedoch, dass diese Annahme völlig falsch war.
„Wir dachten, dass diese Region, vielleicht naiverweise, wirklich langweilig sein würde“, sagte Teamleiter Henrik Melin von der University of Leicester in einer Erklärung. „Tatsächlich ist sie genauso interessant wie das Nordlicht, wenn nicht sogar noch interessanter. Der Jupiter überrascht immer wieder.“
Inhaltsübersicht
Welche Geheimnisse hat der Große Rote Fleck versteckt?
Die obere Atmosphäre des Jupiters ist der Punkt, an dem die untere Atmosphäre des Planeten auf sein Magnetfeld trifft. Dies führt zu hellen Nord- und Südlichtern, die durch die Bombardierung mit geladenen Teilchen von der Sonne angetrieben und durch Ausbrüche vulkanischen Materials vom Jupitermond Io, dem aktivsten vulkanischen Körper im Sonnensystem, angeheizt werden.
Jupiter ist vielleicht eines der hellsten Objekte am Nachthimmel über der Erde und bei klarem Himmel leicht zu sehen. Doch abgesehen von seinen Nord- und Südlichtern leuchtet die Atmosphäre des größten Planeten des Sonnensystems nur schwach, so dass es für bodengebundene Teleskope schwierig ist, Details durch die Erdatmosphäre hindurch zu sehen.
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Aus der Position des JWST, die eine Million Meilen von der Erde entfernt ist, stellt die Atmosphäre unseres Planeten kein Hindernis für dieses 10 Milliarden Dollar teure Weltraumteleskop dar. Darüber hinaus kann das JWST dank seiner Empfindlichkeit im Infrarotspektrum die Atmosphäre des Gasriesen bis ins kleinste Detail erkennen, einschließlich der Region über dem Großen Roten Fleck.
Um herauszufinden, ob diese Region ein wenig trübe ist, nahmen Melin und Kollegen sie mit NIRSpec, dem Hauptinstrument des JWST, ins Visier. Dies führte zur Entdeckung einer Vielzahl komplizierter Strukturen im gesamten Sichtfeld des JWST, darunter dunkle Bögen und helle Flecken.
Der Große Rote Fleck, gesehen vom JWST, zeigt infrarotes Licht, das von Wasserstoff in der Ionosphäre des Jupiters emittiert wird (Bildnachweis: ESA/Webb, NASA & CSA, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb))Obwohl das einfallende Sonnenlicht für den Großteil des Lichts aus der Jupiteratmosphäre verantwortlich ist, geht das Team davon aus, dass es noch einen weiteren Faktor gibt, der zu Veränderungen in der Form und Struktur der oberen Jupiteratmosphäre führt.
„Eine Möglichkeit, diese Struktur zu verändern, sind Schwerkraftwellen – ähnlich wie Wellen, die an einen Strand schlagen und den Sand kräuseln“, erklärt Melin. „Diese Wellen entstehen tief in der turbulenten unteren Atmosphäre, rund um den Großen Roten Fleck, und sie können sich in die Höhe bewegen und die Struktur und die Emissionen der oberen Atmosphäre verändern.“
Diese Schwerkraftwellen unterscheiden sich deutlich von den Gravitationswellen, bei denen es sich um winzige Wellen in Raum und Zeit handelt, die von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie von 1915 vorhergesagt wurden. Schwerewellen breiten sich durch die Atmosphäre aus, im Gegensatz zu Gravitationswellen, die sich durch die Raumzeit bewegen.
Diese atmosphärischen Schwerkraftwellen werden gelegentlich auch auf der Erde beobachtet, aber diese erdgebundenen Wellen sind viel weniger intensiv und stark als das gleiche Phänomen, das über dem Jupiter auftritt.
Das Team hofft nun, die Entdeckung dieser neu entdeckten Merkmale des Großen Roten Flecks und der ihnen zugrunde liegenden komplizierten Wellenmuster mit dem JWST weiter zu verfolgen. Diese zukünftige Untersuchung könnte zeigen, wie die Wellen durch die obere Atmosphäre des Gasriesen fließen und wie dies die beobachteten Strukturen in Bewegung bringt.
Die Ergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis der Energieverteilung auf dem Jupiter beitragen und könnten die Mission Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) unterstützen. JUICE startete am 14. April 2023 und wird Jupiter und seine Monde im Jahr 2031 erreichen, wenn es detaillierte Beobachtungen von Jupiter und seinen drei großen Ozeanmonden, Ganymed, Callisto und Europa, durchführt.
Die Ergebnisse des Teams werden in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
