Während seiner siebenjährigen Sonnenwende-Mission beobachtete Cassini, wie ein riesiger Sturm ausbrach und Saturn umkreiste. Wissenschaftler glauben, dass Stürme wie dieser teilweise mit saisonalen Auswirkungen des Sonnenlichts auf die Saturnatmosphäre zusammenhängen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Megastürme hinterlassen jahrhundertelang Spuren in der Saturnatmosphäre.
Forscher haben langanhaltende Megastürme entdeckt Saturnähnlich zu JupiterDer Große Rote Fleck wurde durch die Untersuchung von Radioemissionen und Ammoniakgasstörungen untersucht. Die Forschung deckt erhebliche atmosphärische Unterschiede zwischen den beiden Gasriesen auf und stellt das derzeitige Verständnis von Megastürmen in Frage. Sie bietet neue Erkenntnisse, die zukünftige Studien zu Exoplaneten beeinflussen könnten.
Der Große Rote Fleck und neue Entdeckungen auf dem Saturn
Der größte Sturm im Sonnensystem, ein 10.000 Meilen breiter Antizyklon, bekannt als der Große Rote Fleck, ziert seit Hunderten von Jahren die Oberfläche des Jupiter.
Eine neue Studie hat ergeben, dass Saturn, obwohl er im Vergleich zu Jupiters farbenfrohem Antlitz unscheinbarer aussieht, auch langanhaltende Megastürme hat. Diese Stürme haben Auswirkungen tief in die Atmosphäre, die über Jahrhunderte anhalten.
Methodik der Studie
Die Forschung wurde von Astronomen aus der durchgeführt Universität von Kalifornien, Berkeleyund der University of Michigan, Ann Arbor. Sie untersuchten Radioemissionen des Planeten, die von unterhalb der Oberfläche stammen, und entdeckten langfristige Störungen in der Verteilung von Ammoniakgas.
Die Studie wurde am 11. August in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
Mit dem VLA im Mai 2015 aufgenommenes Radiobild des Saturn, wobei die helleren Radioemissionen des Saturn und seiner Ringe abgezogen wurden, um den Kontrast der schwächeren Radioemissionen zwischen den verschiedenen Breitenbändern in der Atmosphäre zu verstärken. Da Ammoniak Radiowellen blockiert, deuten die hellen Merkmale auf Bereiche hin, in denen Ammoniak erschöpft ist und das VLA tiefer in die Atmosphäre blicken könnte. Das breite helle Band in nördlichen Breiten ist die Nachwirkung des Sturms auf Saturn im Jahr 2010, der offenbar das Ammoniakgas direkt unterhalb der Ammoniakeiswolke erschöpft hat, was wir mit bloßem Auge sehen. Bildnachweis: RJ Sault und I. de Pater
Natur von Megastürmen
Megastürme treten auf dem Saturn etwa alle 20 bis 30 Jahre auf und ähneln Hurrikanen auf der Erde, sind jedoch deutlich größer. Aber im Gegensatz zu den Hurrikanen auf der Erde weiß niemand, was Megastürme in der Saturnatmosphäre verursacht, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium mit Spuren von Methan, Wasser und Ammoniak besteht.
„Das Verständnis der Mechanismen der größten Stürme im Sonnensystem stellt die Theorie der Hurrikane in einen breiteren kosmischen Kontext, stellt unser aktuelles Wissen in Frage und verschiebt die Grenzen der terrestrischen Meteorologie“, sagte Hauptautor Cheng Li, ein ehemaliger 51 Peg b Fellow an der UC Berkeley, der jetzt Assistenzprofessor an der University of Michigan ist.
Erkundung und Werkzeuge
Imke de Pater, emeritierte Professorin für Astronomie sowie Erd- und Planetenwissenschaften an der UC Berkeley, untersucht seit über vier Jahrzehnten Gasriesen, um ihre Zusammensetzung und ihre Einzigartigkeit besser zu verstehen, und nutzt dazu das Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico um die Radioemissionen tief im Inneren des Planeten zu untersuchen.
Im optischen Bereich scheint die gebänderte Atmosphäre des Saturn sanft von Farbe zu Farbe zu wechseln. Aber hier im Radiolicht zu sehen – VLA-Daten überlagern ein Cassini-Bild des Saturn – ist die besondere Natur der Bänder deutlich. Wissenschaftler nutzten VLA-Daten, um Ammoniak in der Atmosphäre des Gasriesen besser zu verstehen, und erfuhren, dass Megastürme das Ammoniak von der oberen in die untere Atmosphäre transportieren. Bildnachweis: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater et al. (UC Berkeley)
„Bei Radiowellenlängen erforschen wir unterhalb der sichtbaren Wolkenschichten auf Riesenplaneten. Da chemische Reaktionen und Dynamik die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten verändern, sind Beobachtungen unterhalb dieser Wolkenschichten erforderlich, um die tatsächliche atmosphärische Zusammensetzung des Planeten zu bestimmen, ein Schlüsselparameter für Planetenentstehungsmodelle“, sagte sie. „Radiobeobachtungen helfen dabei, dynamische, physikalische und chemische Prozesse einschließlich Wärmetransport, Wolkenbildung und Konvektion in der Atmosphäre von Riesenplaneten auf globaler und lokaler Ebene zu charakterisieren.“
Überraschende Erkenntnisse
Wie in der neuen Studie berichtet, fanden de Pater, Li und Chris Moeckel, Doktorand an der UC Berkeley, etwas Überraschendes in den Radioemissionen des Planeten: Anomalien in der Konzentration von Ammoniakgas in der Atmosphäre, die sie mit dem Auftreten von Megastürmen in der Vergangenheit in Verbindung brachten die nördliche Hemisphäre des Planeten.
Auswirkungen auf die Ammoniakkonzentration und atmosphärische Unterschiede
Nach Angaben des Teams ist die Ammoniakkonzentration in mittleren Höhen, knapp unterhalb der obersten Ammoniak-Eiswolkenschicht, geringer, in tieferen Höhen, 100 bis 200 Kilometer tiefer in der Atmosphäre, jedoch angereichert. Sie gehen davon aus, dass das Ammoniak über die Prozesse der Ausfällung und Wiederverdampfung von der oberen in die untere Atmosphäre transportiert wird. Darüber hinaus kann dieser Effekt Hunderte von Jahren anhalten.
Vergleich von Saturn und Jupiter
Die Studie ergab außerdem, dass sich die beiden Gasriesen bemerkenswert unterscheiden, obwohl sowohl Saturn als auch Jupiter aus Wasserstoffgas bestehen. Während Jupiter troposphärische Anomalien aufweist, sind diese mit seinen Zonen (weißliche Bänder) und Gürteln (dunkle Bänder) verbunden und werden nicht wie auf Saturn durch Stürme verursacht. Der beträchtliche Unterschied zwischen diesen benachbarten Gasriesen stellt das derzeitige Verständnis über die Entstehung von Megastürmen auf Gasriesen und anderen Planeten in Frage. Es könnte auch Einfluss darauf haben, wie diese Stürme in Zukunft auf Exoplaneten gefunden und untersucht werden.
Referenz: „Lang anhaltende, tiefe Wirkung der Riesenstürme des Saturn“ von Cheng Li, Imke de Pater, Chris Moeckel, RJ Sault, Bryan Butler, David deBoer und Zhimeng Zhang, 11. August 2023, Wissenschaftliche Fortschritte.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419
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