Bildnachweis: NASA
Als das Raumschiff Voyager 1980/81 am Saturn vorbeifuhr, takteten sie die äquatorialen Winde der Ringplaneten mit 1700 km / h. Obwohl sich die äquatorialen Winde verlangsamt haben, bewegen sich andere Jets, die weiter vom Äquator entfernt sind, immer noch mit der gleichen Geschwindigkeit. Dies hat die Astronomen zu der Annahme veranlasst, dass die Verlangsamung etwas mit dem Wechsel der Jahreszeiten auf dem Saturn zu tun hat.
Saturn, einer der windigsten Planeten, hatte kürzlich eine unerwartete und dramatische Wetteränderung: Seine äquatorialen Winde sind von schnellen 1700 km / h während der Vorbeiflüge der Voyager-Raumschiffe 1980-81 auf bescheidene 990 km / h von 1996 bis abgenommen 2002. Diese Verlangsamung des Windes wurde von einem spanisch-amerikanischen Wissenschaftlerteam festgestellt, darunter Richard French vom Wellesley College in Massachusetts, das über seine Ergebnisse in der Ausgabe der Zeitschrift Nature vom 5. Juni berichtet. (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 Französisch vom Wellesley College verwendeten Hubble-Weltraumteleskopbilder (HST) des beringten Riesenplaneten ), gemessen die Bewegungen von Wolkenmerkmalen und Sturmsystemen auf dem beringten Riesenplaneten.
„Eines der größten Rätsel in den 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, deren Richtung mit dem Breitengrad variiert“, erklärt French. „Im Gegensatz zu Winden auf terrestrischen Planeten wie der Erde, die hauptsächlich vom 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 Hitze nur einen Bruchteil des Sonnenlichts auf der Erde ausmacht, sind die Winde der Riesenplaneten zehnmal intensiver als die Winde der Erde. “
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.
Derzeit gibt es zwei recht unterschiedliche Erklärungen für das Jetsystem auf Riesenplaneten. In einem Extremfall wird angenommen, dass sich die Winde sehr tief in das Innere des Planeten erstrecken und die vom Planeten abgegebene Wärme nutzen, um ihre Bewegungen anzutreiben. Im anderen Extremfall wird die atmosphärische Zirkulation wie auf den terrestrischen Planeten modelliert, angetrieben durch die in einer flachen oberen atmosphärischen Schicht abgelagerte Sonnenwärme. Beide Erklärungen haben wichtige Nachteile, und keiner kann die starken äquatorialen Winde erklären.
Eine Möglichkeit, diese Modelle zu testen, besteht darin, das Langzeitverhalten der Winde zu analysieren, indem ihre Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Sonnenlichtmenge aufgrund saisonaler Effekte oder anderer Einflüsse gemessen wird. Frühere Studien zeigten, dass Jupiters Winde ziemlich stabil und nicht empfindlich gegenüber saisonalen Veränderungen sind, aber über Saturn, dessen gedämpfte Wolkenmerkmale viel schwerer zu messen sind, war wenig bekannt.
Mit der hochauflösenden Fähigkeit der Weitfeld-Planetenkamera an Bord der HST konnte das spanisch-amerikanische Team genügend Wolkenelemente im Saturn verfolgen, um die Windgeschwindigkeit über einen weiten Bereich von Breiten zu messen. Die von 1996 bis 2001 gemessenen äquatorialen Winde sind nur halb so stark wie 1980 bis 81, als das Raumschiff Voyager den Planeten besuchte. Im Gegensatz dazu sind die windigen Jets weit vom Äquator stabil geblieben und zeigen eine starke hemisphärische Symmetrie, die bei Jupiter nicht zu finden ist.
Das unterschiedliche Verhalten der Saturnwinde könnte eine einfache Erklärung haben, bemerken die Wissenschaftler. Der lange saisonale Zyklus in der Saturnatmosphäre (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 durch innere Hitze angetrieben wird, könnten die äquatorialen Winde teilweise ein Phänomen der flachen Oberfläche sein, das auch durch saisonale Schwankungen des Sonnenlichts beeinflusst wird. Tatsächlich war die Äquatorregion des Saturn der Ort riesiger Sturmsysteme, wie sie in den Jahren 1990 und 1994 zu sehen waren. Diese Stürme haben möglicherweise starke dynamische Veränderungen hervorgerufen, die möglicherweise zu einer beobachteten Abschwächung der Äquatorwinde geführt haben.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass sich die vom Team gemessenen Winde in höheren Lagen befinden, in denen die Geschwindigkeit der Winde wahrscheinlich abnimmt. In dem Artikel über die Natur stellt das Team fest, dass die nichtäquatorialen Winde des Saturn in dieser Zeit unverändert geblieben sind und in dieser Hinsicht dem Jupiter ähneln, was darauf hindeutet, dass diese Winde tiefer verwurzelt sein könnten.
Neue HST-Beobachtungen des spanisch-amerikanischen Teams sind für Ende dieses Jahres geplant. Die neuen Daten und die hochauflösende Bildgebung, die von der NASA-ESA Cassini-Orbitalmission erhalten werden sollen, die voraussichtlich Mitte 2004 bei Saturn eintreffen wird, werden es ihnen und anderen Wissenschaftlern ermöglichen, zu erfahren, ob das aktuelle Windmuster bestehen bleibt oder sich im Laufe des Kurses ändern wird des saisonalen Zyklus des Saturn. In beiden Fällen, so French, "werden diese Ergebnisse wichtige Tests für unser theoretisches Verständnis der Winde auf den Riesenplaneten sein."
Originalquelle: Wellesley College Pressemitteilung
