Eine neue Studie basierend auf Daten der Cassini-Mission offenbart etwas Überraschendes in der Atmosphäre des Saturn. Wir wissen seit Jahrzehnten von dem Sturm am Nordpol des Gasriesen, aber jetzt scheint es, dass dieser massive sechseckige Sturm ein Hunderte von Kilometern hoch aufragender Gigant sein könnte, der seine Basis tief in der Saturnatmosphäre hat.
Dieses Graustufenbild des nördlichen Polarwirbels des Saturn wurde von der Raumsonde Cassini aufgenommen. Dieses Bild wurde aus einer Entfernung von etwa 1,2 Millionen km aufgenommen. Ein Teil der Saturnringe ist oben rechts kaum sichtbar. Bild: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.
Als Cassini 2004 den Saturn erreichte, war auf der Südhalbkugel Sommer, und die Raumsonde fand am Südpol einen Polarwirbel. Schließlich kam der Sommer auf der Nordhalbkugel und sie erlebten die Entstehung des Sturms am Nordpol. Dies hat nur bestätigt, was wir seit den 1980er Jahren wissen, als die Reisen Mission untersuchte Saturn und fand einen Sommersturm am Nordpol des Saturn.
'Obwohl wir erwartet hatten, am Nordpol des Saturns eine Art Wirbel zu sehen, als er wärmer wurde, ist seine Form wirklich überraschend.' – Leigh Fletcher, University of Leicester, UK, Hauptautor.
Aber dieser Nordsturm hat eher eine sechseckige als eine runde Form, und er hat dieselbe sechseckige Form wie der Sturm tiefer in Saturns Atmosphäre , zuerst von Voyager gefunden. Die Frage ist, sehen wir ein gewaltiges Sturmmonster? Oder zwei getrennte Stürme, die sich beide in einer sechseckigen Form bilden?
„Die Kanten dieses neu entdeckten Wirbels scheinen sechseckig zu sein und entsprechen genau einem berühmten und bizarren sechseckigen Wolkenmuster, das wir tiefer in der Saturnatmosphäre sehen“, sagt Leigh Fletcher von der University of Leicester, Großbritannien, Hauptautor der neuen Studie.
Dieses Video zeigt das sechseckige Wolkenmuster tief in der Saturnatmosphäre, das zuerst von Voyager entdeckt wurde.
Wissenschaftler, die an der Cassini-Mission beteiligt waren, erwarteten voll und ganz, dass sich bei Ankunft des Saturn-Sommers ein Sturm am Nordpol bilden würde, aber sie waren von der Form überrascht. „Entweder ist ein Sechseck spontan und identisch in zwei verschiedenen Höhen entstanden, eine tiefer in den Wolken und eine hoch in der Stratosphäre, oder das Sechseck ist tatsächlich eine hoch aufragende Struktur, die eine vertikale Reichweite von mehreren hundert Kilometern überspannt“, sagte Fletcher.
Im Mittelpunkt dieser neuen Studie steht Cassinis Komposit-Infrarot-Spektrometer (CIRS). CIRS hat diese Daten zwischen 2010 und 2017 erfasst und zeigen die Erwärmung der Stratosphäre des Saturn aus einer hohen Bahnneigung. Das zusammengesetzte Bild unten zeigt die allmähliche Erwärmung der Stratosphäre des Saturn und die allmähliche Bildung des sechseckigen Sturms.
Die acht Einzelbilder in diesem zusammengesetzten Bild von Cassinis CIRs-Instrument zeigen die allmähliche Erwärmung der Stratosphäre am Saturn-Nordpol und den Sturm, der eine sechseckige Form annimmt. Bild: NASA/JPL-Caltech/University of Leicester/GSFC/L.N. Fletcheret al. 2018
Zu Beginn von Cassinis Mission war die obere Atmosphäre für CIRS einfach zu kalt. Die Stratosphäre war mit -158 Grad Celsius 20 Grad zu kalt für das Instrument. Aber das Saturnjahr dauert ungefähr 30 Jahre, und 2009 begann sich die nördliche Polarregion zu erwärmen. Bis etwa 2014 konnte Cassinis CIRS-Instrument die obere Atmosphäre untersuchen.
„Ein Saturnjahr umfasst ungefähr 30 Erdenjahre, die Winter sind also lang. Saturn tauchte erst 2009 aus den Tiefen des nördlichen Winters auf und erwärmte sich allmählich, als sich die nördliche Hemisphäre der Sommerzeit näherte.“ – Co-Autorin der Studie Sandrine Guerlet, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankreich.
„Mit dem CIRS-Instrument konnten wir ab 2014 erstmals die nördliche Stratosphäre erkunden“, sagt Guerlet. „Als der Polarwirbel immer sichtbarer wurde, bemerkten wir, dass er sechseckige Kanten hatte, und stellten fest, dass wir das bereits vorhandene Sechseck in viel höheren Höhen als bisher angenommen sahen.“
Die Studie zeigt, dass die Polarregionen auf Saturn sehr unterschiedlich sind. Als Cassini die südliche Region im Sommer zu Beginn seiner Mission beobachtete, gab es kein sechseckiges Sturmmuster. Der Nordsturm ist auch kühler, weniger ausgereift und seine Dynamik ist völlig anders. Derzeit können Wissenschaftler nur vermuten, warum das so ist.
Schrägansicht des Südpolarwirbels des Saturn. Die Sonne befindet sich über der oberen rechten Ecke und zeigt die Schatten der Wolken, die über dem Wirbel aufragen (NASA)
„Dies könnte bedeuten, dass es eine grundlegende Asymmetrie zwischen den Saturnpolen gibt, die wir noch nicht verstehen, oder es könnte bedeuten, dass sich der nordpolare Wirbel in unseren letzten Beobachtungen noch entwickelt hat und dies auch nach Cassinis Tod weiter tat“, sagte Fletcher. Cassinis Mission endete in seiner 'Großes Finale' im September 2017, als die Raumsonde absichtlich in die Saturnatmosphäre eintauchte, um sie zu zerstören.
Wissenschaftler untersuchen seit langem die Wettermuster des Saturn und wissen seit langem, dass die dicken Wolkenschichten des Planeten den größten Teil des Wetters des Planeten beherbergen. Die nördlichen Polarmerkmale wurden erstmals in den 1980er Jahren von Voyager entdeckt, und wir wissen, dass das Polarsechseck im Norden ein langlebiges Merkmal ist. Wissenschaftler glauben, dass das Merkmal mit der Rotation des Planeten selbst zusammenhängt, ähnlich wie der Jetstream hier auf der Erde.
Es ist klar, dass wir noch viel über die Atmosphäre des Saturn lernen müssen. Es ist unwahrscheinlich, dass der sechseckige Sturm in der Stratosphäre und der sechseckige Sturm tiefer in der Atmosphäre derselbe Sturm sind. Der Wind verändert sich zu sehr durch die Atmosphärenschichten. Aber sie könnten auf andere Weise verbunden sein. Nach der Untersuchung der atmosphärischen Eigenschaften in der nördlichen Region stellten Fletcher und Kollegen fest, dass sich Wellen wie das Sechseck nicht nach oben ausbreiten können und in den Wolkenspitzen gefangen bleiben sollten. Dies geschieht durch einen Prozess namens Evaneszenz. 'Eine Möglichkeit, wie Wellen-'Informationen' nach oben lecken können, ist ein Prozess namens Evaneszenz, bei dem die Stärke einer Welle mit der Höhe abnimmt, aber gerade noch stark genug ist, um noch bis in die Stratosphäre zu bestehen', erklärt Fletcher.
Das größere Bild in dieser Studie ist die anhaltende Frage, wie Energie durch verschiedene Schichten einer Atmosphäre transportiert wird, an deren Verständnis wir hier auf der Erde noch arbeiten. Wenn wir verstehen, wie und warum der Nordpolarwirbel des Saturn eine sechseckige Form hat, wird er Aufschluss darüber geben, wie Phänomene tiefer in einer Atmosphäre die Umgebung hoch oben beeinflussen können.
„Das nördliche Sechseck des Saturn ist ein ikonisches Merkmal eines der charismatischsten Mitglieder des Sonnensystems. Es ist also sehr aufregend zu entdecken, dass es immer noch große Geheimnisse birgt“, – Nicolas Altobelli, ESA-Projektwissenschaftler für die Cassini-Huygens-Mission.
Die Cassini-Mission zeigt uns immer noch Dinge über Saturn, auch wenn sie vorbei ist. Für das Team hinter dieser Studie ist es bittersüß, das nördliche Sechseck fast ein Jahr nach dem Ende von Cassini zu entdecken. Fletcher sagt: „Wir müssen einfach mehr wissen. Es ist ziemlich frustrierend, dass wir dieses stratosphärische Sechseck erst am Ende von Cassinis Lebenszeit entdeckt haben.“