Eine neue Studie des mysteriösen sechseckigen Sturms am Nordpol des Saturn legt nahe, dass dieses Phänomen tatsächlich das Ergebnis von Aktivitäten auf dem gesamten Planeten ist.
In einem neuen Artikel, der in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, sagen Wissenschaftler, dass der unnatürlich aussehende Hurrikan auftritt, wenn atmosphärische Strömungen über Saturn große und kleine zyklonähnliche Wirbel erzeugen. Diese Stürme wirbeln sehr wahrscheinlich tief im Inneren des Planeten und die Konvektion der Stürme trichtert und „kneift“ die atmosphärischen Ströme ein und begrenzt sie auf die Spitze des Saturn in eine sechseckige Form.
„Das hexagonale Strömungsmuster auf Saturn ist ein markantes Beispiel für turbulente Selbstorganisation“, schreiben die Forscher in ihrer Arbeit. „Unser Modell erzeugt simultan und selbstkonsistent abwechselnde zonale Jets, den Polarzyklon und hexagonale polygonale Strukturen, ähnlich denen, die auf Saturn beobachtet wurden.“
Auf dem Saturn machte die NASA-Raumsonde Cassini Bilder, die eine hochauflösende Ansicht eines sechseckigen Jetstreams zeigten. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton
Die bizarre sechsseitige Wolkenstruktur, die den gesamten Nordpol des Saturn umkreist, wurde angedeutet, als die Raumsonde Voyager im November 1980 vor 40 Jahren am Planeten vorbeiflog. Die Raumsonde Cassini erreichte 2004 die Umlaufbahn des Saturn, aber konnte bis 2007 keine Bilder von dieser Region machen. Atemberaubende Bilder zeigten die sechseckige Struktur im Detail.
„Wir sehen regelmäßig Stürme auf der Erde und sie verlaufen immer spiralförmig, manchmal kreisförmig, aber nie etwas mit sechseckigen Segmenten oder Polygonen mit Kanten“, sagte Rakesh K. Yadav, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Department of Earth and Planetary Sciences der Harvard University, einem Co- Autor auf dem Papier. „Das ist wirklich auffallend und völlig unerwartet. Die Frage zu Saturn ist, wie ist ein so großes System entstanden und wie kann ein so großes System auf diesem großen Planeten unverändert bleiben?“
Der sechsseitige Sturm ist nur am Nordpol. Während der Südpol des Saturn ebenfalls einen großen Sturm hat, sieht er eher aus wie ein Hurrikan mit einem riesigen Auge. Cassini-Daten zeigten, dass sich das Sechseck viel tiefer erstreckte, als die Wissenschaftler zuvor erwartet hatten, wobei anfängliche Schätzungen 100 km (60 Meilen) unter den Wolkenspitzen reichen.
Aber das neue Modell von Yadav und dem Geophysik-Professor Jeremy Bloxham deutet darauf hin, dass der Sturm Tausende von Kilometern tief sein könnte.
Die Wissenschaftler führten einen Monat lang eine Computersimulation der atmosphärischen Strömungen des Saturn durch. Es zeigte, dass ein Phänomen namens tiefe thermische Konvektion – das auftritt, wenn Wärme durch die Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen von einem Ort zum anderen übertragen wird – unerwartet atmosphärische Strömungen verursachen kann, die große polare Wirbelstürme und ein Strahlmuster in hohen Breiten nach Osten erzeugen. Wenn sich diese an der Spitze des Planeten vermischen, bildet sie die unerwartete Form. Und weil sich die Stürme tief im Inneren des Planeten bilden, machen die Wissenschaftler das Sechseck wütend und hartnäckig.
Die Simulation, die auf tatsächlichen Daten der Cassini-Mission basiert, ergab, dass kleinere Stürme in der Saturnatmosphäre einen größeren horizontalen Jetstream umgeben, der in der Nähe des Nordpols des Planeten nach Osten weht. Die kleineren Stürme interagieren mit dem größeren Jetstream-System und klemmen dadurch den östlichen Jet effektiv ein und begrenzen ihn auf die Spitze des Planeten. Der Kneifvorgang verformt den Strom in ein Sechseck.
Das Saturn-Sechseck aus der Sicht von Voyager 1 im Jahr 1980 (NASA)
„Dieser Jet kreist und umrundet den Planeten und muss mit diesen lokalisierten [kleineren] Stürmen koexistieren“, sagte Yadav. „Stellen Sie sich das so vor: Stellen Sie sich vor, wir haben ein Gummiband und legen ein paar kleinere Gummibänder darum herum und dann drücken wir das Ganze einfach von außen zusammen. Dieser zentrale Ring wird um einige Zoll zusammengedrückt und bildet eine seltsame Form mit einer bestimmten Anzahl von Kanten. Das ist im Grunde die Physik dessen, was passiert. Wir haben diese kleineren Stürme und sie klemmen im Grunde die größeren Stürme in der Polarregion und da sie nebeneinander existieren müssen, müssen sie irgendwie einen Platz finden, um im Grunde jedes System unterzubringen. Dadurch entsteht diese polygonale Form.“
Die Forscher sagten, ihr Computermodell erzeuge kein perfektes Sechseck. Stattdessen war die Form, die sie sahen, ein neunseitiges Polygon, das sich schneller bewegte als der Sturm des Saturn. Dennoch sei die Form ein Proof of Concept für die Gesamtthese, wie sich der gigantische Sturm gebildet hat und warum er seit fast 40 Jahren relativ unverändert geblieben ist.
Yadev und Bloxham sagten, dass sie mehr atmosphärische Daten von Saturn benötigen, um ihr Modell weiter zu verfeinern, um ein genaueres Bild davon zu erhalten, was langfristig mit dem Sturm passiert.
„Die wissenschaftliche Motivation besteht im Wesentlichen darin, zu verstehen, wie Saturn entstanden ist und wie er sich im Laufe der Zeit entwickelt“, sagte Yadav.
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