Jupiter, aufgenommen im ultravioletten Licht mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Neben dem Großen Roten Fleck und einem weiteren Sturm, die beide in dieser Ansicht dunkelblau erscheinen, ist ein dunkles Oval in den braunen (Falschfarben-)Dunstschleiern zu erkennen, die die Südpolregion des Planeten bedecken. (Bildnachweis: Troy Tsubota und Michael Wong (UC Berkeley)/Hubble Space Telescope)
Planetenforscher haben eine Tornado-Warnung für Jupiter herausgegeben, da sie entdeckten, dass magnetische Wirbel, die sich von der Ionosphäre des Planeten bis in seine tiefe Atmosphäre hinunterschlängeln, zu riesigen, ultraviolett-absorbierenden Antizyklonen von der Größe unserer Erde führen.
Diese antizyklonalen Stürme manifestieren sich als dunkle Ovale und sind als dichte Dunstschleier aus Aerosolen in der Stratosphäre des Jupiters sichtbar. Sie sind jedoch nur im ultravioletten (UV) Licht wahrnehmbar und wurden erstmals Ende der 1990er Jahre mit dem Hubble-Weltraumteleskop am Nord- und Südpol des Jupiters beobachtet. Sie wurden dann von der NASA-Raumsonde Cassini am Nordpol des Jupiters bestätigt, als diese im Jahr 2000 auf ihrem Weg zum Saturn vorbeiflog. Aber niemand wusste, woher die dunklen Ovale kamen.
Jetzt haben Planetenforscher unter der Leitung von Troy Tsubota, einem Studenten an der University of California, Berkeley, herausgefunden, dass die dunklen Ovale durch wirbelnde magnetische Tornados entstehen, die durch Reibung zwischen den Magnetfeldlinien in Jupiters immens starkem Magnetfeld erzeugt werden.
Der Schlüssel zum Verständnis der dunklen, UV-absorbierenden Antizyklone wurde in den jährlichen Bildern des Jupiters gefunden, die das Hubble-Weltraumteleskop im Rahmen des OPAL-Projekts (Outer Planet Atmospheres Legacy) unter der Leitung von Amy Simon vom Goddard Space Flight Center der NASA aufnimmt. Im Rahmen von OPAL nimmt Hubble jeden der Riesenplaneten – Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun – einmal pro Jahr auf, um Veränderungen in ihrem Erscheinungsbild zu verfolgen.
„Wir erkannten, dass diese OPAL-Bilder wie eine Goldmine waren“, sagte Tsubota in einer Erklärung.
In Hubble-Bildern von Jupiter, die zwischen 2015 und 2022 aufgenommen wurden, fand Tsubota in drei Viertel der Fälle ein dunkles Oval am Südpol des Planeten, aber nur einmal in acht Bildern am Nordpol.
Wie auf der Erde läuft das Magnetfeld des Jupiters an seinen Polen zusammen, und wie auf der Erde treibt diese Konzentration von Magnetfeldlinien geladene Teilchen in Richtung der Polarregionen, wo sie mit atmosphärischen Molekülen zusammenstoßen und Polarlichter erzeugen. Auf dem Jupiter sind die Polarlichter nur im UV-Licht zu erkennen, im Gegensatz zu den farbenprächtigen Erscheinungen, die wir am Himmel der Erde sehen. Die Tatsache, dass es ein vorübergehendes Phänomen wie die dunklen Ovale an den Jupiterpolen gibt, deutet stark darauf hin, dass es mit dem Magnetfeld des Planeten zusammenhängt, genau wie die Aurora.
Tsubota und sein Doktorvater Michael Wong haben sich mit Simon sowie den Planetenforschern Tom Stallard von der Northumbria University in Newcastle und Xi Zhang von der University of California, Santa Cruz, zusammengetan, um das Rätsel zu lösen, was die dunklen Ovale verursacht.
Der Io-Plasma-Torus, der den Jupiter umgibt und in dem gigantischen Magnetfeld des Planeten gefangen ist, ist ein donutförmiger Ring aus geladenen Teilchen, die von den zahlreichen Vulkanen auf dem eruptiven Jupitermond Io ausgespuckt werden. Stallard schlug vor, dass die Reibung zwischen den magnetischen Feldlinien im Plasmatorus und den Feldlinien in der Ionosphäre näher am Planeten – einer äußeren Region, die mit Strahlungsgürteln gefüllt ist, die mehr geladene Teilchen enthalten – regelmäßig die Bildung von magnetischen Wirbeln auslösen könnte, die tief in die Stratosphäre des Jupiters hinabstürzen. Diese magnetischen Wirbelstürme würden dann Aerosole in der unteren Atmosphäre aufwirbeln und einen dichten Fleck aus wirbelndem, ultraviolettabsorbierendem Dunst erzeugen, der ein dunkles Oval bildet. Derzeit ist jedoch nicht klar, ob die Tornados den Dunst aus den tieferen Schichten des Planeten aufwirbeln oder ob die Tornados den Dunst erzeugen.
„Der Dunst in den dunklen Ovalen ist 50 Mal dicker als die typische Konzentration“, sagte Zhang. „Das deutet darauf hin, dass er wahrscheinlich durch die Dynamik von Wirbeln entsteht und nicht durch chemische Reaktionen, die durch hochenergetische Partikel aus der oberen Atmosphäre ausgelöst werden.“
Die Beobachtungen deuten laut Zhang darauf hin, dass der Zeitpunkt und der Ort, an dem die dunklen Ovale erscheinen, nicht mit Ausbrüchen dieser geladenen Teilchen korrelieren. Die dunklen Ovale scheinen etwa einen Monat zu brauchen, um sich zu bilden, und lösen sich dann innerhalb von ein paar Wochen auf.
Angesichts der Regelmäßigkeit, mit der die dunklen Ovale auftreten, scheint es, als befände sich der Jupiter inmitten seiner eigenen magnetischen Tornadostraße.
Die Ergebnisse wurden am 26. November in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
