Bildnachweis: NASA
Als die Raumsonde Voyager 1980/81 am Saturn vorbeizischte, erfassten sie die Äquatorwinde der Ringplaneten mit 1700 km/h. Aber ein Team spanischer und amerikanischer Astronomen hat kürzlich mit dem Hubble-Weltraumteleskop die Bewegungen von Wolken und Stürmen auf dem Saturn gemessen und festgestellt, dass sie nur 990 km/h fahren. Obwohl sich die äquatorialen Winde verlangsamt haben, bewegen sich andere Jets weiter vom Äquator entfernt immer noch mit der gleichen Geschwindigkeit. Dies hat die Astronomen zu der Annahme veranlasst, dass die Verlangsamung etwas mit dem Jahreszeitenwechsel auf Saturn zu tun hat.
Saturn, einer der windigsten Planeten, hat kürzlich einen unerwarteten und dramatischen Wetterwechsel erlebt: Seine äquatorialen Winde haben sich von schnellen 1700 km/h während des Vorbeiflugs der Voyager-Raumsonde in den Jahren 1980-81 auf bescheidene 990 km/h zwischen 1996 und verringert 2002. Diese Verlangsamung des Windes wurde von einem spanisch-amerikanischen Team von Wissenschaftlern, darunter Richard French vom Wellesley College in Massachusetts, entdeckt, die über ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature vom 5. Juni berichten. (5. Juni 2003, Bd. 423, S. 623-625)
Die Wissenschaftler (A. Sanchez-Lavega, S. Perez-Hoyos, JF Rojas und R. Hueso von der Universidad Pais Vasco in Bilbao, Spanien, und Franzosen vom Wellesley College . verwendeten Bilder des Hubble-Weltraumteleskops (HST) des beringten Riesenplaneten ), maß die Bewegungen von Wolkenmerkmalen und Sturmsystemen auf dem beringten Riesenplaneten.
„Eines der großen Mysterien der Atmosphärenwissenschaften ist, warum die Riesenplaneten Jupiter und Saturn – riesige Kugeln, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen – ein abwechselndes Muster von Ost-West-Winden aufweisen, die je nach Breitengrad variieren“, erklärt French. „Im Gegensatz zu Winden auf terrestrischen Planeten wie der Erde, die hauptsächlich durch Sonnenlicht angetrieben werden, haben Winde auf den Riesenplaneten eine zusätzliche Energiequelle in der Wärme, die aus ihrem tiefen Inneren entweicht. Obwohl die Stärke dieser inneren Wärme nur einen Bruchteil des Sonnenlichts auf der Erde beträgt, sind die Winde der Riesenplaneten zehnmal intensiver als die terrestrischen Winde.“
Die Rolle dieser inneren Energiequellen bei der Aufrechterhaltung dieser starken Winde auf Riesenplaneten und das Verständnis, warum die maximale Geschwindigkeit am Äquator erreicht wird, stellen die Theorien der atmosphärischen Bewegung in Planeten und Sternen vor große Herausforderungen.
Für das System der Jets auf Riesenplaneten gibt es derzeit zwei recht unterschiedliche Erklärungen. Als ein Extrem wird angenommen, dass die Winde sehr tief in das Innere des Planeten vordringen und die vom Planeten freigesetzte Wärme anzapfen, um ihre Bewegungen anzutreiben. Im anderen Extrem wird die atmosphärische Zirkulation wie auf den terrestrischen Planeten modelliert, angetrieben von der Sonnenwärme, die sich in einer flachen oberen Atmosphärenschicht ablagert. Beide Erklärungen haben wichtige Nachteile, und keine kann die starken äquatorialen Winde erklären.
Eine Möglichkeit, diese Modelle zu testen, besteht darin, das langfristige Verhalten der Winde zu analysieren, indem ihre Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen der Sonneneinstrahlung aufgrund von saisonalen Effekten oder anderen Einflüssen gemessen wird. Frühere Studien zeigten, dass die Winde des Jupiter ziemlich stabil sind und nicht auf saisonale Veränderungen reagieren, aber über Saturn war wenig bekannt, dessen gedämpfte Wolkenmerkmale viel schwieriger zu messen sind.
Mit der hochauflösenden Fähigkeit der Wide Field Planetary Camera an Bord des HST konnte das spanisch-amerikanische Team genügend Wolkenelemente im Saturn verfolgen, um die Windgeschwindigkeit über einen weiten Breitengradbereich zu messen. Die 1996-2001 gemessenen äquatorialen Winde sind nur halb so stark wie 1980-81, als die Raumsonde Voyager den Planeten besuchte. Im Gegensatz dazu sind die windigen Jets weit vom Äquator stabil geblieben und zeigen eine starke Hemisphärensymmetrie, die bei Jupiter nicht zu finden ist.
Das unterschiedliche Verhalten der Saturnwinde könnte eine einfache Erklärung haben, stellen die Wissenschaftler fest. Der lange jahreszeitliche Zyklus in der Atmosphäre des Saturn (ein Saturnjahr entspricht etwa dreißig Erdjahren) und die äquatoriale Beschattung durch die riesigen Ringe des Planeten könnten für die plötzliche Verlangsamung der äquatorialen Winde verantwortlich sein. Anstatt an das tiefe Innere des Saturn gebunden zu sein, das hauptsächlich von der inneren Hitze angetrieben wird, könnten die äquatorialen Winde teilweise ein flaches Oberflächenphänomen sein, das auch durch jahreszeitliche Schwankungen des Sonnenlichts beeinflusst wird. Tatsächlich war die äquatoriale Region des Saturn der Standort riesiger Sturmsysteme, wie sie 1990 und 1994 beobachtet wurden. Diese Stürme können starke dynamische Veränderungen verursacht haben, die möglicherweise zu der beobachteten Abschwächung der äquatorialen Winde geführt haben.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die vom Team gemessenen Winde in größeren Höhen liegen, in denen die Windgeschwindigkeit wahrscheinlich abnimmt. Im Nature-Artikel stellt das Team fest, dass die nicht-äquatorialen Winde des Saturn während dieser Zeit unverändert geblieben sind und in dieser Hinsicht Jupiter ähneln, was darauf hindeutet, dass diese Winde tiefer verwurzelt sein könnten.
Für Ende dieses Jahres sind neue HST-Beobachtungen des spanisch-amerikanischen Teams geplant. Die neuen Daten und die hochauflösenden Bilder der NASA-ESA-Orbitalmission Cassini, die Mitte 2004 den Saturn erreichen soll, werden es ihnen und anderen Wissenschaftlern ermöglichen, zu erfahren, ob das aktuelle Windmuster bestehen bleibt oder sich im Laufe des Kurses ändert des Saisonzyklus des Saturn. In jedem Fall, so French, „werden diese Ergebnisse wichtige Tests für unser theoretisches Verständnis der Winde auf den Riesenplaneten sein.“
Originalquelle: Pressemitteilung des Wellesley College