Bildnachweis: NASA / JPL
Wenn die Vision eines Physikers von Jupiter an der University of California in Berkeley richtig ist, wird der Riesenplanet in den nächsten zehn Jahren eine große globale Temperaturverschiebung erleben, da die meisten seiner großen Wirbel verschwinden.
Aber Fans des Großen Roten Flecks können sich einfach ausruhen. Die berühmtesten Wirbel von Jupiter - die oft mit den Hurrikanen der Erde verglichen werden - werden vor allem aufgrund ihrer Lage in der Nähe des Äquators des Planeten erhalten bleiben, sagt Philip Marcus, Professor am Department of Mechanical Engineering der UC Berkeley.
Marcus verwendet Whirlpools und Wirbel zum Vergleich und stützt seine Prognose auf Prinzipien, die in der Fluiddynamik auf Junior-Ebene erlernt wurden, und auf die Beobachtung, dass viele von Jupiters Wirbeln buchstäblich in Luft aufgehen.
„Ich gehe davon aus, dass sich die Durchschnittstemperatur des Jupiter aufgrund des Verlusts dieser atmosphärischen Strudel um bis zu 10 Grad Celsius ändern wird, was in der Nähe des Äquators wärmer und an den Polen kühler wird“, sagt Marcus. „Diese globale Temperaturverschiebung führt dazu, dass die Strahlströme instabil werden und dadurch neue Wirbel entstehen. Es ist ein Ereignis, das selbst Hinterhofastronomen miterleben können. "
Laut Marcus signalisieren die bevorstehenden Veränderungen das Ende des aktuellen 70-jährigen Klimazyklus von Jupiter. Seine überraschenden Vorhersagen werden in der Ausgabe vom 22. April der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
In Jupiters stürmischer Atmosphäre gibt es ungefähr ein Dutzend Jetstreams, die sich in wechselnde Richtungen von Ost und West bewegen und Geschwindigkeiten von mehr als 330 Meilen pro Stunde erreichen können. Wie auf der Erde gelten Wirbel auf dem Jupiter, die sich auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn drehen, als Antizyklone, während Wirbel, die sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, Zyklone sind. Das Gegenteil ist auf der südlichen Hemisphäre der Fall, wo Wirbel im Uhrzeigersinn Zyklone und Spinner gegen den Uhrzeigersinn Antizyklone sind.
Der Große Rote Fleck auf der südlichen Hemisphäre gilt als Jupiters größter Antizyklon. Mit einer Breite von 12.500 Meilen ist es groß genug, um die Erde zwei- bis dreimal zu verschlucken.
Im Gegensatz zu den Zyklonstürmen auf dem Jupiter sind die Hurrikane und Stürme der Erde mit Niederdrucksystemen verbunden und lösen sich nach Tagen oder Wochen auf. Im Vergleich dazu ist der Große Rote Fleck ein Hochdrucksystem, das seit mehr als 300 Jahren stabil ist und keine Anzeichen einer Verlangsamung aufweist.
Vor ungefähr 20 Jahren entwickelte Marcus ein Computermodell, das zeigt, wie der Große Rote Fleck aus den chaotischen Turbulenzen in Jupiters Atmosphäre hervorging und diese ertrug. Seine Bemühungen, die Dynamik und andere Wirbel auf dem Jupiter zu erklären, führten zu seiner aktuellen Projektion des bevorstehenden Klimawandels auf dem Planeten.
Er sagt, der gegenwärtige 70-jährige Zyklus habe mit der Bildung von drei verschiedenen Antizyklonen begonnen - den Weißen Ovalen - die sich 1939 südlich des Großen Roten Flecks entwickelten. „Die Geburt der Weißen Ovale wurde durch Teleskope auf der Erde gesehen“, sagt er. "Ich glaube, wir werden in den nächsten 10 Jahren eine ähnliche Behandlung erleben."
Marcus sagt, dass die erste Phase des Klimazyklus die Bildung von Wirbelstraßen beinhaltet, die die Jetstreams nach Westen überspannen. Auf einer Straßenseite bilden sich Antizyklone, auf der anderen Seite Zyklone, bei denen sich keine zwei Wirbel in derselben Richtung direkt nebeneinander drehen.
Die meisten Wirbel zerfallen langsam mit Turbulenzen. In der zweiten Phase des Zyklus werden einige Wirbel schwach genug, um in den gelegentlichen Tälern oder Rossby-Wellen, die sich im Jetstream bilden, eingeschlossen zu werden. Mehrere Wirbel können sich in derselben Mulde verfangen. Wenn sie dies tun, reisen sie gebündelt zusammen, und Turbulenzen können sie leicht zusammenführen lassen. Wenn die Wirbel schwach sind, wird das Einfangen und Verschmelzen fortgesetzt, bis auf jeder Wirbelstraße nur noch ein Paar übrig ist.
Das festgestellte Verschwinden von zwei weißen Ovalen, eines 1997 oder 1998 und eines im Jahr 2000, war ein Beispiel für die Verschmelzung der Wirbel in Stufe zwei und signalisierte als solches den „Beginn des Endes“ von Jupiters aktuellem Klimazyklus, sagt Marcus.
Warum sollte die Verschmelzung von Wirbeln die globale Temperatur beeinflussen? Marcus sagt, dass die relativ gleichmäßige Temperatur des Jupiter - wo die Temperaturen an den Polen fast gleich sind wie am Äquator - auf die chaotische Vermischung von Wärme und Luftstrom aus den Wirbeln zurückzuführen ist.
„Wenn Sie eine ganze Reihe von Wirbeln ausschalten, stoppen Sie die gesamte Wärmemischung in diesem Breitengrad“, sagt Marcus. "Dies schafft eine große Mauer und verhindert den Wärmetransport vom Äquator zu den Polen."
Sobald genügend Wirbel verschwunden sind, erwärmt sich die Atmosphäre des Planeten am Äquator und kühlt an den Polen in jeder Region, die die dritte Stufe des Klimazyklus darstellt, um bis zu 10 Grad Celsius ab.
Diese Temperaturänderung destabilisiert die Strahlströme, die reagieren, indem sie wellig werden. Die Wellen werden steiler und brechen auf, wie am Strand, aber in der vierten Phase des Zyklus rollen sie dann zu neuen großen Wirbeln auf. In der fünften und letzten Phase des Klimazyklus nehmen die neuen Wirbel ab und setzen sich in den Wirbelstraßen ab, um einen neuen Zyklus zu beginnen.
Die Schwächung der Wirbel ist auf Turbulenzen zurückzuführen und erfolgt allmählich im Laufe der Zeit. Es dauert ungefähr ein halbes Jahrhundert, bis neu gebildete Wirbel allmählich genug schrumpfen, um in einem Jetstream-Trog gefangen zu werden, sagt Marcus.
Glücklicherweise bewahrt die Nähe des Großen Roten Flecks zum Äquator ihn vor der Zerstörung. Im Gegensatz zu Jupiters anderen Wirbeln überlebt der Große Rote Fleck, indem er seine benachbarten Antizyklone „frisst“, sagt Marcus.
Marcus merkt an, dass seine Theorie des Jupiter-Klimazyklus auf der Existenz einer ungefähr gleichen Anzahl von Zyklonen und Antizyklonen auf dem Planeten beruht.
Da die verräterischen Anzeichen von Wirbeln die Wolken sind, die sie erzeugen, war es leicht, die Anwesenheit langlebiger Wirbelstürme zu übersehen, sagt Marcus. Er erklärt, dass Zyklone im Gegensatz zu einem bestimmten Punkt eines Antizyklons Muster von Filamentwolken erzeugen, die weniger klar definiert sind.
"Auf den ersten Blick ist es leicht zu glauben, dass Jupiter von Antizyklonen dominiert wird, weil ihre sich drehenden Wolken deutlich als Volltreffer erscheinen", sagt Marcus.
In der Arbeit in Nature präsentiert Marcus eine Computersimulation, die zeigt, dass das warme Zentrum und der kühlere Umfang eines Zyklons das Erscheinungsbild der Filamentwolken erzeugen. Im Gegensatz dazu haben Antizyklone kalte Zentren und wärmere Umfänge. Eiskristalle, die sich in der Mitte des Antizyklons bilden, schwellen an und bewegen sich zu den Seiten, an denen sie schmelzen, wodurch ein dunklerer Wirbel entsteht, der eine hellere Mitte umgibt.
Marcus nähert sich der Untersuchung planetarischer Atmosphären aus dem untraditionellen Blickwinkel eines Fluiddynamikers. "Ich stütze meine Vorhersagen auf die relativ einfachen Gesetze der Wirbeldynamik, anstatt umfangreiche Datenmengen oder komplexe atmosphärische Modelle zu verwenden", sagt Marcus.
Marcus sagt, die Lehre aus Jupiters Klima könnte sein, dass kleine Störungen globale Veränderungen verursachen können. Er warnt jedoch davor, dasselbe Modell auf das Erdklima anzuwenden, das von vielen verschiedenen natürlichen und künstlichen Faktoren beeinflusst wird.
"Trotzdem ist es wichtig, verschiedene" Labore "für das Klima zu haben", sagt Marcus. "Das Studium anderer Welten hilft uns, unsere eigenen besser zu verstehen, auch wenn sie nicht direkt analog sind."
Marcus 'Forschung wird durch Zuschüsse aus dem NASA Origins Program, den Astronomie- und Plasmaphysikprogrammen der National Science Foundation und dem Los Alamos National Laboratory unterstützt.
Originalquelle: UC Berkeley Pressemitteilung
