Die NASA-Raumsonde Juno hat diesen Blick auf Jupiter während des 54. nahen Vorbeiflugs an dem Riesenplaneten am 7. September 2023 aufgenommen. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Bildbearbeitung von Tanya Oleksuik CC BY NC SA 3.0)
Es scheint, dass ein wirklich großer Sturm auf dem Jupiter deutliche Spuren in der Atmosphäre des Planeten hinterlassen kann.
In einer neuen Studie wurden Daten der Jupiter-Raumsonde Juno und des Hubble-Weltraumteleskops ausgewertet, um herauszufinden, wie die Stürme dieses Gasriesen die Atmosphäre der Erde aufwirbeln – und das sogar erstaunlich weit unter den Wolken. Dabei wird an einigen Stellen Ammoniak aufgewirbelt, während es an anderen Stellen als matschige Hagelkörner weit in die Tiefen des Jupiters geschleudert wird.
Das Ergebnis ist, dass sich in einigen Teilen der unteren Jupiteratmosphäre tief vergrabene Ammoniakgasfelder befinden, während andere Bereiche weit weniger Ammoniak enthalten als normalerweise. Mit anderen Worten: Einige Stürme auf dem Jupiter können einen Fingerabdruck hinterlassen und die gesamte chemische Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten verändern.
Im Dezember 2016 brach ein gewaltiger Sturm auf dem Jupiter aus, knapp südlich des Äquators des Planeten und etwa 60 Grad östlich des berühmten Großen Roten Flecks. Der Amateurastronom Phil Miles war der erste, der diesen Sturm im Februar 2017 entdeckte – und das Timing hätte nicht besser sein können.
Juno stand kurz vor seinem vierten nahen Vorbeiflug an Jupiter, und das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array hier auf der Erde sowie das Hubble-Teleskop in der Umlaufbahn waren ebenfalls auf den Gasriesen gerichtet. Dies bedeutete, dass die Astronomen Jupiter gleichzeitig in verschiedenen Wellenlängen des Lichts sehen konnten.
Mit den Daten von drei Observatorien ausgestattet, mussten der Planetenforscher Chris Moeckel von der University of California, Berkeley, und seine Kollegen nur noch herausfinden, welche Arten von Auf- und Abwinden und Wärmeübertragung am besten erklären könnten, was Juno, Hubble und ALMA während und nach dem Sturm sahen. Das Team simulierte das Innenleben der Jupiteratmosphäre und stellte fest, dass der gewaltige Sturm die Atmosphäre des Planeten Dutzende von Kilometern unter den tiefsten Wolkendecken aufgewühlt hatte.
Um zu verstehen, was das genau bedeutet, müssen wir zunächst eine der Besonderheiten bei der Beschreibung des Wetters auf Jupiter verstehen.
Die NASA-Raumsonde Juno hat diesen Blick auf Jupiter während des 54. nahen Vorbeiflugs an dem Riesenplaneten am 7. September 2023 aufgenommen. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Bildbearbeitung von Tanya Oleksuik CC BY NC SA 3.0)
Es ist schwierig, die Höhen in der Jupiteratmosphäre zu messen, da der Planet keine Oberfläche im üblichen Sinne hat (irgendwo unter all den tiefen Gasschichten befindet sich Flüssigkeit, die jedoch nie direkt gemessen wurde). In der mittleren Stratosphäre des Jupiters gibt es einen Wert, bei dem der Atmosphärendruck etwa so hoch ist wie auf Meereshöhe hier auf der Erde, und das ist ein guter Anhaltspunkt dafür, wie tief die Jupiteratmosphäre ist. Die dichten, schweren Wasserdampfwolken, in denen riesige Jupiterstürme entstehen, befinden sich etwa 132 Kilometer (82 Meilen) unterhalb dieser Ebene, wo der Luftdruck etwa zehnmal höher ist als auf Meereshöhe auf der Erde.
Darüber hinaus deuten die Daten von Juno darauf hin, dass die am tiefsten hängenden Wolken während des Sturms Anfang 2017 mehrere Kilometer tiefer lagen als dieses Niveau – die Atmosphäre wurde also im Gefolge des Sturms tief, tief unter den Wolken aufgewühlt.
Juno- und Hubble-Bilder aus dem Jahr 2017 zeigten einen starken Aufwind in der Nähe des Herzstücks des Sturms, der Ammoniak aus den Tiefen der Jupiteratmosphäre nach oben zu den Gipfeln der hoch aufragenden Sturmwolken pumpt. Unterhalb dieser Wolke sahen Juno und Hubble, dass der Aufwind das meiste Ammoniak aus einem Bereich der Jupiteratmosphäre „ausgetrocknet“ hatte, der sich mindestens zehn Meilen unterhalb der Basis der Sturmwolken erstreckt.
Um den hellen Fleck des Aufwinds herum zeigen die Daten von Juno dunklere Flecken, die markieren, wo Abwinde ein matschiges Gemisch aus Ammoniak und Wasser zurück in die Tiefen des Jupiters tragen. Und überraschenderweise tauchte das Ammoniak viel tiefer in die Atmosphäre ein, als Moeckel und seine Kollegen erwartet hatten.
Hätten die Wolken in dem Sturm Anfang 2017 nur große flüssige Ammoniaktröpfchen geregnet, hätten sie nicht sehr tief in die Atmosphäre fallen können, bevor die höhere Temperatur und der höhere Druck die Tröpfchen verdampft hätten – und das entstehende Gas wäre nicht weiter gefallen. Es würde einfach in der Luft hängen bleiben und eine neue Ammoniakgasschicht bilden. Doch stattdessen fiel das Ammoniak tiefer – nach den Simulationen von Moeckel und seinen Kollegen bis zu einer Tiefe, in der der Druck in der Jupiteratmosphäre etwa 30 Mal höher ist als auf Meereshöhe auf der Erde. Das bedeutet, dass der Sturm höchstwahrscheinlich große, matschige Bällchen aus einem Gemisch von Wasser und Ammoniak abwarf.
Mush Balls sind ein seltsames Wetterphänomen auf dem Jupiter, das Astronomen vor einigen Jahren erstmals entdeckten.
Ammoniak bleibt bei viel niedrigeren Temperaturen flüssig als Wasser, was bedeutet, dass sich Tröpfchen von flüssigem Ammoniak mit eisigen Wasserkristallen in den Sturmwolken des Jupiters vermischen können. Die daraus resultierende Mischung ist ein Brei, der gerade fest genug ist, um zusammenzubleiben, aber definitiv matschiger als, sagen wir, ein Hagelkorn; stellen Sie sich einen nassen Schneeball vor. Und Matschkugeln, die aus einem Sturm regnen, können viel schneller fallen als Regentropfen, so dass sie viel weiter kommen, bevor sie verdunsten.
Das Ergebnis ist, dass es tief in der Jupiteratmosphäre Flecken von Ammoniak gibt, die von den Stürmen, die Dutzende von Kilometern darüber tobten, als Brei heruntergefallen sind – und dieses Ammoniak wird dort unten begraben bleiben, bis der nächste große Sturm es wieder ausgräbt.
Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Arbeit am 28. März in der Zeitschrift Science Advances.
