Neue Jupiter-Befunde von der NASA-Juno-Sonde

Forscher veröffentlichten heute mehrere Artikel zu Junos atmosphärischen Entdeckungen in den Zeitschriften Science und Journal of Geophysical Research: Planets. Weitere Artikel erschienen in zwei neueren Ausgaben der Geophysical Research Letters.

„Diese neuen Beobachtungen von Juno eröffnen eine Schatzkiste mit neuen Informationen über die rätselhaften beobachtbaren Merkmale des Jupiter“, sagte Lori Glaze, Direktorin der NASA-Abteilung für Planetenforschung am Hauptsitz der Agentur in Washington. „Jede Veröffentlichung beleuchtet verschiedene Aspekte der atmosphärischen Prozesse des Planeten – ein wunderbares Beispiel dafür, wie unsere international diversifizierten Wissenschaftsteams das Verständnis unseres Sonnensystems stärken.“

Juno trat 2016 in die Umlaufbahn des Jupiter ein. Bei jedem der bisher 37 Durchläufe der Raumsonde um den Planeten hat eine spezielle Suite von Instrumenten unter das turbulente Wolkendeck geblickt.

„Früher überraschte Juno uns mit Hinweisen darauf, dass die Phänomene in Jupiters Atmosphäre tiefer gingen als erwartet“, sagte Scott Bolton, leitender Forscher von Juno vom Southwest Research Institute in San Antonio und Hauptautor des Journal Science-Artikels über die Tiefe der Jupiterwirbel. „Jetzt beginnen wir, all diese einzelnen Teile zusammenzusetzen und bekommen unser erstes wirkliches Verständnis davon, wie die schöne und gewalttätige Atmosphäre des Jupiter funktioniert – in 3D.“

Junos Mikrowellenradiometer (MWR) ermöglicht es den Missionswissenschaftlern, unter die Wolkenspitzen des Jupiter zu blicken und die Struktur seiner zahlreichen Wirbelstürme zu untersuchen. Der berühmteste dieser Stürme ist das ikonische Hochdruckgebiet, bekannt als der Große Rote Fleck. Dieser karminrote Wirbel ist breiter als die Erde und hat Wissenschaftler seit seiner Entdeckung vor fast zwei Jahrhunderten fasziniert.

Die neuen Ergebnisse zeigen, dass die Zyklone oben wärmer sind, mit niedrigeren atmosphärischen Dichten, während sie unten kälter sind, mit höheren Dichten. Antizyklone, die sich gegenläufig drehen, sind oben kälter, unten wärmer.

Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass diese Stürme viel größer sind als erwartet, wobei sich einige 60 Kilometer unter den Wolkengipfeln erstrecken und andere, einschließlich des Großen Roten Flecks, sich über 100 Kilometer erstrecken. Diese überraschende Entdeckung zeigt, dass die Wirbel Regionen jenseits derer bedecken, in denen Wasser kondensiert und Wolken sich bilden, unterhalb der Tiefe, in der Sonnenlicht die Atmosphäre erwärmt. 

Die Höhe und Größe des Großen Roten Flecks bedeutet, dass die Konzentration der atmosphärischen Masse innerhalb des Sturms möglicherweise durch Instrumente nachgewiesen werden könnte, die das Schwerefeld des Jupiter untersuchen. Zwei nahe Juno-Vorbeiflüge über Jupiters berühmtestem Fleck boten die Möglichkeit, nach der Schwerkraftsignatur des Sturms zu suchen und die MWR-Ergebnisse in seiner Tiefe zu ergänzen. 

Während Juno mit etwa 130,000 mph (209,000 km/h) tief über Jupiters Wolkendeck reiste, konnten Juno-Wissenschaftler Geschwindigkeitsänderungen von nur 0.01 Millimeter pro Sekunde mit einer Tracking-Antenne des Deep Space Network der NASA aus einer Entfernung von mehr als 400 Millionen Meilen (650 .) messen Millionen Kilometer). Dadurch konnte das Team die Tiefe des Großen Roten Flecks auf etwa 300 Meilen (500 Kilometer) unter den Wolkengipfeln beschränken.

"Die Präzision, die erforderlich ist, um die Schwerkraft des Großen Roten Flecks während des Vorbeiflugs im Juli 2019 zu erfassen, ist atemberaubend", sagte Marzia Parisi, Juno-Wissenschaftlerin vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien und Hauptautorin eines Artikels im Journal Science über Schwerkraftüberflüge der Großer roter Fleck. „Die Möglichkeit, die Ergebnisse von MWR über die Tiefe zu ergänzen, gibt uns große Zuversicht, dass zukünftige Gravitationsexperimente am Jupiter ebenso faszinierende Ergebnisse liefern werden.“ 

Gürtel und Zonen

Neben Zyklonen und Antizyklonen ist Jupiter für seine markanten Gürtel und Zonen bekannt – weiße und rötliche Wolkenbänder, die sich um den Planeten wickeln. Starke Ost-West-Winde in entgegengesetzter Richtung trennen die Bänder. Juno entdeckte zuvor, dass diese Winde oder Jetstreams Tiefen von etwa 2,000 Meilen (etwa 3,200 Kilometer) erreichen. Forscher versuchen immer noch, das Rätsel um die Entstehung der Jetstreams zu lösen. Daten, die von Junos MWR während mehrerer Durchgänge gesammelt wurden, zeigen einen möglichen Hinweis: dass sich das Ammoniakgas der Atmosphäre in bemerkenswerter Ausrichtung mit den beobachteten Jetstreams auf und ab bewegt.

„Indem wir dem Ammoniak gefolgt sind, haben wir sowohl auf der Nord- als auch auf der Südhalbkugel Zirkulationszellen gefunden, die in ihrer Natur den ‚Ferrel-Zellen‘ ähneln, die einen Großteil unseres Klimas hier auf der Erde kontrollieren“, sagte Keren Duer, Doktorand am Weizmann-Institut of Science in Israel und Hauptautor des Journal Science Papers über Ferrel-like cells on Jupiter. „Während die Erde eine Ferrel-Zelle pro Hemisphäre hat, hat Jupiter acht – jede mindestens 30-mal größer.“

Die MWR-Daten von Juno zeigen auch, dass die Gürtel und Zonen etwa 40 Kilometer unter den Wasserwolken des Jupiter einen Übergang durchlaufen. In geringen Tiefen sind die Jupitergürtel im Mikrowellenlicht heller als die benachbarten Zonen. Aber in tieferen Schichten, unter den Wasserwolken, ist das Gegenteil der Fall – was eine Ähnlichkeit mit unseren Ozeanen offenbart.

„Wir nennen diese Ebene die ‚Jovicline‘ in Analogie zu einer Übergangsschicht in den Ozeanen der Erde, die als Thermokline bekannt ist – wo Meerwasser scharf von relativ warm zu relativ kalt übergeht“, sagte Leigh Fletcher, ein an der Juno beteiligter Wissenschaftler der Universität of Leicester im Vereinigten Königreich und Hauptautor des Artikels im Journal of Geophysical Research: Planets, der Junos Mikrowellenbeobachtungen der gemäßigten Gürtel und Zonen des Jupiter hervorhebt.

Polare Wirbelstürme

Juno entdeckte zuvor polygonale Anordnungen riesiger Zyklonstürme an beiden Jupiterpolen – acht in einem achteckigen Muster im Norden und fünf in einem fünfeckigen Muster im Süden. Jetzt, fünf Jahre später, haben Missionswissenschaftler anhand von Beobachtungen des Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) der Raumsonde festgestellt, dass diese atmosphärischen Phänomene extrem widerstandsfähig sind und am selben Ort verbleiben.

„Die Zyklone des Jupiter beeinflussen sich gegenseitig in ihrer Bewegung und bringen sie dazu, um eine Gleichgewichtsposition zu schwingen“, sagte Alessandro Mura, ein Juno-Mitforscher am Nationalen Institut für Astrophysik in Rom und Hauptautor eines kürzlich erschienenen Artikels in Geophysical Research Letters über Oszillationen und Stabilität in den Polarzyklonen des Jupiter. „Das Verhalten dieser langsamen Schwingungen deutet darauf hin, dass sie tiefe Wurzeln haben.“

JIRAM-Daten weisen auch darauf hin, dass diese Zyklone sich wie Hurrikane auf der Erde polwärts bewegen wollen, aber Zyklone, die sich in der Mitte jedes Pols befinden, sie zurückdrängen. Dieses Gleichgewicht erklärt, wo sich die Zyklone befinden und wie unterschiedlich viele Pole an jedem Pol sind.