Blick ins Innere Jupiters

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Seit Juli 2016 umkreist die US-amerikanische Raumsonde Juno den Planeten Jupiter. Das Raumfahrzeug beobachtet und vermisst den Planeten nicht nur mit zahlreichen Instrumenten. Auch aus einer genauen Analyse der Umlaufbahn von Juno lassen sich Erkenntnisse über den inneren Aufbau des Planeten gewinnen. Demnach reichen die an der Oberfläche Jupiters sichtbaren Gasströmungen bis in eine Tiefe von etwa 3000 Kilometern, wie an der Mission beteiligte Forscherteams jetzt im Fachblatt „Nature“ berichten.

Die Atmosphäre Jupiters wird von hellen und dunklen Bändern dominiert, die vermutlich durch Konvektion – also das Aufsteigen und Absinken von Gas – 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 einen Blick in das Innere des Riesenplaneten zu werfen, analysierten die Forscher die Bahn der Raumsonde mit Blick auf winzige Abweichungen. Das Gravitationsfeld eines starr rotierenden Planeten sollte axialsymmetrisch sein und sich auf der Nord- und Südseite des Planeten nicht voneinander unterscheiden. Jede Abweichung von diesen Symmetrien liefert einen Hinweis auf Bewegungen im Inneren des Planeten – also auf eine differentielle Rotation und auf Gasströmungen. Und solche Abweichungen beeinflussen die Bahnbewegung einer Raumsonde. Allerdings sind die Effekte klein und die Analyse daher schwierig – selbst Einflüsse der Sonnenstrahlung auf das Raumfahrzeug müssen genau berücksichtigt werden.

Die Forscher fanden sowohl eine Nord-Süd-Asymmetrie als auch weitere Abweichungen vom idealen Gravitationsfeld eines starr rotierenden Planeten. Aus diesen Abweichungen ermittelten Kaspi und seine Kollegen das Geschwindigkeitsfeld im Inneren von Jupiter. Demnach reichen die schnellen Jet-Strömungen bis in eine Tiefe von etwa 3000 Kilometern. In dieser Tiefe ist der Druck so groß – etwa 100.000 Bar –, 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 Bänder-Struktur und die Atmosphäre wird von starken Wirbelstürmen 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 des Planeten. Aufgrund der Corioliskräfte sollten die Zyklone 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.

Quellen:
dx.doi.org/10.1038/nature25793
dx.doi.org/10.1038/nature25776
dx.doi.org/10.1038/nature25775
dx.doi.org/10.1038/nature25491

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