Neue Forschungen deuten darauf hin, dass die auffallend unterschiedlichen Wettermuster an den Polen von Jupiter und Saturn – der eine wird von einem einzelnen, massiven Sechseck dominiert, der andere von einem zentralen Wirbel umgeben von acht kleineren Stürmen – direkt mit der Zusammensetzung ihrer Innenräume zusammenhängen könnten. Dieser Durchbruch bietet eine neuartige Möglichkeit, die tiefen Schichten dieser Gasriesen indirekt zu untersuchen, die sonst für eine direkte Beobachtung unzugänglich sind.
Das Polarrätsel
Seit Jahrzehnten rätseln Astronomen darüber, warum Jupiter und Saturn trotz ihrer ähnlichen Größe und chemischen Zusammensetzung ein so unterschiedliches Polarwetter aufweisen. Jupiters Nordpol weist einen zentralen Wirbel auf, der von acht kleineren, wirbelnden Stürmen umgeben ist, die jeweils etwa halb so breit wie die Erde sind. Im Gegensatz dazu beherbergt der Nordpol des Saturn einen einzigen kolossalen sechseckigen Strudel, der sich über erstaunliche 18.000 Meilen erstreckt.
Die Diskrepanz blieb ungeklärt, da beide Planeten hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen. Nun deuten Simulationen von MIT-Forschern darauf hin, dass die Antwort in der „Härte“ des Gases an der Basis ihrer Polarwirbel liegt.
Modellierung des Wirbelverhaltens
Das Team führte komplexe Simulationen durch, bei denen Faktoren wie Planetengröße, Rotationsgeschwindigkeit, innere Erwärmung und die Gasdichte an der Basis des Wirbels variiert wurden. Sie entdeckten, dass eine weichere, leichtere Gasbasis die Bildung mehrerer Wirbel begünstigt, wie sie auf Jupiter zu sehen sind, während eine härtere, dichtere Basis einen einzelnen, dominanten Wirbel begünstigt – ein Spiegelbild des sechseckigen Sturms des Saturn.
„Unsere Studie zeigt, dass die inneren Eigenschaften und die Weichheit des Wirbelbodens die Oberflächenflüssigkeitsmuster beeinflussen“, erklärt Wanying Kang, Mitglied des Forschungsteams. „Dieser Zusammenhang zwischen Oberflächenwetter und Planeteninneren wurde noch nie zuvor hergestellt.“
Implikationen für die Zusammensetzung des Planeten
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Saturn ein härteres, geschichteteres Inneres als Jupiter haben könnte. Dies könnte auf eine höhere Konzentration schwererer Elemente wie Metalle oder kondensierter Materialien im Saturn zurückzuführen sein, die die Dichte seiner unteren Atmosphäre erhöhen würde. Jupiter hingegen scheint aus weicheren, leichteren Gasen zu bestehen.
Diese Erkenntnis ist von Bedeutung, da sie eine indirekte Methode zur Untersuchung des Inneren von Gasriesen bietet. Eine direkte Untersuchung der Tiefen dieser Planeten ist mit der aktuellen Technologie nicht möglich, weshalb dieser Zusammenhang zwischen Oberflächenphänomenen und der inneren Struktur von unschätzbarem Wert ist. Die Forschung, die zur Veröffentlichung in Proceedings of the National Academy of Sciences angenommen wurde, basiert auf Daten der Juno- und Cassini-Missionen der NASA, die in den letzten zwei Jahrzehnten detaillierte Bilder der Polarstürme von Jupiter und Saturn lieferten.
Das Verständnis der inneren Struktur von Gasriesen ist nicht nur für die Planetenforschung von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Verfeinerung von Modellen der Planetenentstehung und -entwicklung. Indem diese Forschung einen grundlegenden Zusammenhang zwischen dem Wetter an der Oberfläche und der Zusammensetzung in der Tiefe aufdeckt, eröffnet sie neue Wege zur Entschlüsselung der Geheimnisse dieser kolossalen Welten.
