Gas-Planet Jupiter: NASA-Raumsonde Juno beobachtet Sturm-Karussells an Jupiter-Polen

Seit Juli 2016 umkreist die US-amerikanische Raumsonde Juno den Planeten Jupiter (Video der Ankunft hier). Das Raumfahrzeug beobachtet und vermisst den Himmelskörper nicht nur mit zahlreichen Instrumenten. Aus einer genauen Analyse der Umlaufbahn Junos lassen sich auch Erkenntnisse über den inneren Aufbau des Gas-Planeten gewinnen. Demnach reichen die an der Oberfläche sichtbaren Gasströmungen bis in eine Tiefe von etwa 3000 Kilometern. Das berichten an der Mission beteiligte Forscherteams jetzt im Fachblatt „Nature“ ( in vier Artikeln: 1, 2, 3, 4).

Ein Planet der Winde

Die Atmosphäre Jupiters wird von hellen und dunklen Bändern dominiert, die vermutlich durch das Aufsteigen und Absinken von Gas (Konvektion) entstehen. Im Übergangsbereich zwischen diesen Bändern gibt es besonders starke Winde, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 400 Kilometern pro Stunde in östlicher oder westlicher Richtung wehen.

„Wie weit diese Jetströmungen in die Tiefe reichen, war bislang eine offene Frage“, schreiben Yohai Kaspi vom Weizmann-Institut für Wissenschaften in Israel und seine Kollegen. „Diese Frage zu beantworten, ist eine der Hauptaufgaben von Juno.“

Um eine Ahnung vom Inneren des Riesenplaneten zu bekommen, wandten die Forscher den Blick zunächst in die andere Richtung, weg vom Planeten, hin zur Umlaufbahn der Raumsonde. Sie gleitet nämlich nicht exakt auf einer Ideallinie dahin, sondern wird vom Jupiter beeinflusst, so- dass sich der Kurs der Sonde mal mehr, mal weniger verändert. Eigentlich sollte das Gravitationsfeld eines starr rotierenden Planeten entlang der Achse symmetrisch sein und sich auf Nord- und Südseite des auch nicht unterscheiden. Jede Abweichung von diesen Symmetrien, erkennbar an den Kursschwankungen der Sonde, liefert einen Hinweis auf Bewegungen im Inneren des Planeten, starke Gasströmungen etwa. Allerdings sind die Kursabweichungen klein und die Analyse daher schwierig. Selbst Einflüsse der Sonnenstrahlung auf das Raumfahrzeug müssen genau berücksichtigt werden.

Stürme reichen bis zu 3000 Kilometer tief

Die Berechnungen der Forscher ergaben sowohl eine Nord-Süd-Asymmetrie als auch weitere Abweichungen vom idealen Gravitationsfeld eines starr rotierenden Planeten. Außerdem ermittelten Kaspi und seine Kollegen das Geschwindigkeitsfeld im Inneren des Jupiter. Demnach reichen die schnellen Jet-Strömungen bis in eine Tiefe von etwa 3000 Kilometern. In dieser Tiefe ist der Druck mit etwa 100 000 Bar so groß, dass der atmosphärische Wasserstoff metallisch und damit elektrisch leitfähig wird. Damit verbundene Magnetfelder bremsen die Gasströmungen, vermuten die Wissenschaftler. Weiter im Inneren rotiert Jupiter dann wie ein starrer Körper.

Zu den Polen des Planeten hin verschwindet die Bänderstruktur, und die Atmosphäre wird von starken Wirbelstürmen (Video) dominiert. Juno ist die erste Raumsonde, die detaillierte Aufnahmen der Polarregionen des Planeten geliefert hat. Die ebenfalls jetzt in „Nature“ präsentierte Analyse dieser Bilder zeigt ein regelmäßiges Muster von acht Zyklonen um einen zentralen Wirbelsturm am Nordpol sowie von fünf Zyklonen um einen zentralen Wirbelsturm am Südpol.

Juno soll die rätselhaften Zyklone erkunden

Aufgrund der Corioliskräfte sollten die Zyklone eigentlich jeweils zu den Polen wandern und dort verschmelzen. Wie diese Wirbelstürme entstehen und wie sie dort offenbar über längere Zeit stabil existieren können, dafür haben die Forscher noch keine Erklärung. Vielleicht können weitere Beobachtungen mit Juno dieses Rätsel lösen.

Zwar ist bislang geplant, die Raumsonde im Juli dieses Jahres in der Atmosphäre Jupiters verglühen zu lassen. Doch wenn es keine technischen Probleme gibt, könnte die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa die Mission noch einmal verlängern.