Wenn wir uns nur auf Raumschiffe verlassen müssten, um mehr über die äußeren Planeten zu erfahren, würden wir keine großen Fortschritte machen. Es braucht enorme Anstrengungen, um ein Raumschiff ins äußere Sonnensystem zu bringen. Aber dank des Hubble-Weltraumteleskops können wir die Gasriesen im Auge behalten, ohne die Erdumlaufbahn zu verlassen.
NASAs Das Vermächtnis der Atmosphären des äußeren Planeten (OPAL)-Programm behält die äußeren Planeten im Auge, um Veränderungen in ihrer Atmosphäre zu überwachen. Veränderungen auf Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun finden auf Zeitskalen von Jahren und Jahrzehnten statt – oder länger – also schaut Hubble jährlich vorbei, um zu sehen, wie es den Gas-/Eisriesen geht. Es bietet Wissenschaftlern eine lange Datenbasis. Jedes Jahr nimmt OPAL Bilder der äußeren Planeten auf, und OPAL soll fortgeführt werden, bis entweder Hubble selbst nicht mehr betriebsbereit ist oder bis Hubbles WFC3/UVIS-Kamera funktioniert nicht mehr.
Jupiter
Selbst Leute, die die Astronomie nicht genau verfolgen, wissen, dass Jupiter eine große Gaskugel mit einer visuell beeindruckenden und sich ständig ändernden Atmosphäre ist. (Nicht wahr?) Jupiters Großer roter Fleck (GRS) hat sogar eine eigene Wikipedia-Seite. Das diesjährige Hubble-Bild des Jupiter zeigt die faszinierende Atmosphäre des Planeten vollständig.
Jupiter von Hubble am 4. September 2021 gesehen. Bildquelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) und M.H. Wong (University of California, Berkeley) und dem OPAL-Team.
Im diesjährigen Bild hat die Farbe der Äquatorzone des Planeten das Interesse des OPAL-Teams geweckt. Es hat jetzt einen tiefen Orangeton, was ungewöhnlich ist. Die Region ist normalerweise weiß oder gelblich, und obwohl sie kürzlich von diesem Schema abgewichen ist, ist das tiefe Orange immer noch eine Überraschung.
Das meiste, was in der oberen Atmosphäre sichtbar ist, ist Ammoniak. Dunkle Bänder in der Atmosphäre des Jupiter werden als Gürtel bezeichnet, während hellere Bänder als Zonen bezeichnet werden. Die Zonen sind kälter als die Gürtel und sind mit Auftrieben verbunden. Gürtel sind absteigendes Gas. Die hellere Farbe der Zonen ist auf Ammoniakeis zurückzuführen, während die Ursache für die dunkleren Gürtel ungewiss ist.
Zwei Hubble OPAL-Bilder von Jupiter. Links ist das Bild von 2020 und rechts das Bild von 2021. Beachten Sie den kleinen weißen Fleck unter dem GRS im Jahr 2020, der 2021 verschwunden ist. Beachten Sie auch den tiefer werdenden Orangeton der Äquatorzone, was die Wissenschaftler überraschte . Der Mond im Bild 2020 ist Europa. Bildquelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) und M. H. Wong (University of California, Berkeley) und das OPAL-Team.
Das Bild aus dem Jahr 2021 zeigt mehrere längliche rötliche Sturmzellen, die Wissenschaftler „Lastkähne“ nennen. Sie sind eigentlich zyklonische Wirbel, was bedeutet, dass sie sich gegen den Uhrzeigersinn drehen. Es gibt auch mehrere kleinere Wirbelstürme südlich des Äquators und des GRS.
Dieses Bild ist von OPAL 2015 und gibt uns einen anderen Blick auf Jupiter. Es zeigt eine seltene Wellenstruktur nördlich der äquatorialen Region. Bildnachweis: Von ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=44245006
Saturn
Kein anderer Planet hat eine optisch so interessante Atmosphäre wie Jupiter. Aber Saturn hat seine schönen Ringe, und diese Ringe haben ihre eigenen Wikipedia-Seite , genau wie Saturns GRS.
Hubbles neuer Blick auf Saturn am 12. September 2021 zeigt schnelle und extreme Farbänderungen in den Bändern auf der nördlichen Hemisphäre des Planeten, wo jetzt Frühherbst ist. Die Bänder haben sich während der Hubble-Beobachtungen sowohl im Jahr 2019 als auch im Jahr 2020 verändert. Das Saturn-Bild von Hubble fängt den Planeten nach dem Winter der südlichen Hemisphäre ein, was sich in dem anhaltenden Blauton des Südpols zeigt.
Obwohl nicht so ausgeprägt wie die von Jupiter, ändern sich auch die Bänder von Saturn ständig und werden nicht vollständig verstanden. Sie bedeuten starke Stürme mit Windgeschwindigkeiten von 1800 km/h am Äquator. Obwohl es in OPAL-Bildern nicht klar ist, beherbergt Saturn an seinem Nordpol auch einen lang anhaltenden sechseckigen Sturm. (Die sechseckiger Sturm hat auch eine eigene Wikipedia-Seite.)
Das Hubble OPAL-Bild 2020 befindet sich links und das Bild 2021 ist rechts. Das OPAL-Team nahm die schnellen und extremen Farbveränderungen auf der Nordhalbkugel zur Kenntnis, die durch Kohlenwasserstoffe in der Atmosphäre und eine verstärkte sommerliche Erwärmung verursacht werden. Bildquelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) und M.H. Wong (University of California, Berkeley) und dem OPAL-Team.
Die Ringe des Saturn sind in jedem Bild von Saturn prominent vertreten. Im Jahr 1655 identifizierte Christian Huygens sie als erster als Scheibe, die den Planeten umgibt. Sie bestehen größtenteils aus Wassereis und haben eine Größe von winzigen Körnern bis hin zu Felsbrocken. Der genaue Mechanismus, der sie gebildet hat, ist nicht vollständig verstanden, und Astronomen sind sich auch über ihr Alter unsicher. Einige Beweise deuten darauf hin, dass sie aus den Anfängen des Sonnensystems stammen, während Daten von Cassini darauf hindeuten, dass sie relativ jung sind, zwischen 10 Millionen und 100 Millionen Jahre alt.
Dies ist kein OPAL-Bild, sondern ein zusammengesetztes Bild aus 141 Weitwinkelbildern, die von der Sonne von hinten beleuchtet werden. Der winzige schwache Punkt bei 4 Uhr ist die Erde. Bildnachweis: Von NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute – http://www.ciclops.org/view/7699/The-Day-the-Earth-Smiled (auch http://photojournal.jpl.nasa.gov /catalog/PIA17172), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29592312.
Uranus
Uranus ist schrecklich weit entfernt und Hubble-Bilder sind nicht so scharf wie bei Jupiter und Saturn. Im Gegensatz zu Jupiter und Saturn, die Gasriesen sind, sind Uranus (und Neptun) Eisriesen. Aber es ist immer noch möglich, Veränderungen in der oberen Atmosphäre des Planeten zu verfolgen.
Hubbles 25. Oktober-Ansicht von Uranus rückt die helle Nordpolhaube des Planeten ins Rampenlicht. Bildquelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) und M.H. Wong (University of California, Berkeley) und dem OPAL-Team.
Dieses Bild fängt den Frühling auf der Nordhalbkugel des Uranus ein. Wissenschaftler glauben, dass die erhöhte UV-Strahlung der Sonne die Polarregion aufhellt, obwohl sie sich nicht sicher sind, warum. Die Eisriesen haben mehr Methan als die Gasriesen, und die erhöhte UV-Strahlung könnte das Methan undurchsichtiger machen. Oder es könnte etwas anderes mit Aerosolpartikeln in der Atmosphäre passieren.
Eine Sache ist in den letzten Jahren der OPAL-Beobachtungen konstant. Selbst wenn sich die atmosphärische Haube aufhellt, bleibt die scharfe südlichste Grenze auf demselben Breitengrad. Es ist möglich, dass ein Jetstream diese Barriere durchsetzt.
Uranus ist ein seltsamer Planet, weil er sich in einem Winkel von fast 90 Grad relativ zu seiner Umlaufbahn um die Sonne dreht. Das bedeutet, dass der Planet im Vergleich zur Erde sehr seltsame Jahreszeiten hat. Seine Umlaufbahn dauert 84 Erdenjahre, jede Jahreszeit dauert also 21 Jahre. Uranus hat im Gegensatz zu anderen Planeten eine fast kreisförmige Umlaufbahn um die Sonne, sodass seine Jahreszeiten ausschließlich auf die Neigung des Planeten zurückzuführen sind.
Neptun
Neptun hat seinen eigenen Fleck, obwohl er eher dunkel als rot ist. (Der Spot hat auch eine eigene Wikipedia-Seite .) Astronomen haben es seit 1989 im Auge behalten. Eigentlich ist es kein dunkler Fleck, sondern eine wiederkehrende Reihe von Stürmen, die alle paar Jahre verschwindet und sich neu formiert. Vergleichen Sie das mit Jupiters GRS, die es seit Hunderten von Jahren gibt.
Dieses Hubble-Bild wurde am 7. September 2021 im Rahmen des OPAL-Programms aufgenommen. Der dunkle Fleck ist sichtbar, ebenso wie ein weiterer länglicher dunkler Kreis am Südpol. Bildquelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) und M.H. Wong (University of California, Berkeley) und dem OPAL-Team.
Das OPAL-Team beobachtet seit Jahren Neptuns dunklen Fleck. Frühere Bilder zeigten den dunklen Fleck, einen Sturm von der Größe des Atlantischen Ozeans, der sich nach Süden in Richtung einer gewissen Zerstörung bewegt. Dann, im Jahr 2020, zeigte das OPAL-Bild den Spot, der den Kurs nach Norden umkehrte. Der Hubble hat 30 Jahre lang beobachtet, wie sich Stürme auf Neptun bilden und sich auflösen, aber das hat er noch nie zuvor gesehen. Dies ist der vierte Sturm mit dunklen Flecken, den Hubble seit 1993 gesehen hat, und alle vorherigen Stürme folgten einem mehr oder weniger geraden Weg zum Äquator, wo sie sich auflösten.
Das OPAL-Bild 2020 von Neptun befindet sich links und das OPAL-Bild 2021 ist rechts. Beachten Sie den kleinen dunklen Sturm rechts vom Großen Dunklen Fleck im Bild 2020, der im Bild 2021 vollständig fehlt. Bildquelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) und M.H. Wong (University of California, Berkeley) und dem OPAL-Team.
Wie seine Schwester Uranus ist auch Neptun eher ein Eisriese als ein Gasriese. Der höhere Methananteil in der Atmosphäre verleiht ihr ihr blaues Aussehen.
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