Es ist die längste Kampagne zur Temperaturmessung eines fremden Himmelskörpers: 22 Jahre lang war Saturn immer wieder im Fokus von Infrarotteleskopen. Doch erst mit der Ankunft der Raumsonde Cassini waren Astronomen in der Lage, weitere wichtige Puzzleteile zu sammeln, aus denen sie ein erkennbares Bild seiner Stratosphäre zusammensetzen können.

Dessen Grundmotiv ist schon von der Erde bekannt. In äquatornahen Breiten herrscht in der Stratosphäre zwischen 16 und 40 Kilometer Höhe ein so genannter zonaler Wind, der in Ost-West-Richtung strömt. Etwa alle zwei Jahre kehrt sich dessen Richtung um, Fachleute sprechen deshalb von einer quasi-zweijährigen Schwingung, oder englisch quasi-biennial oscillation (QBO).

Beobachtungen von Jupiter in den 1980er Jahren ergaben, dass auch beim größten Planeten des Sonnensystem dieses Phänomen auftritt. Allerdings dauert es dort etwas mehr als vier Jahre bis zum Richtungswechsel des stratosphärischen Winds, weshalb die Schwingung quasi-quadrennial oscillation (QQO) getauft wurde.

Glenn Orton vom Jet Propulsion Laboratory, der an diesen Messungen beteiligt war, und viele weitere Wissenschaftler wandten die Untersuchungsmethode seitdem auch auf den nächst größten Planeten an – Saturn. Der lange Atem der Forscher wurde jetzt von Erfolg gekrönt, denn auch bei dem Ringplaneten konnten die Wissenschaftler nun eine solche Oszillation in der Stratosphäre nachweisen [1].
"Nur durch die Beobachtung des Saturn über einen solch langen Zeitraum wurde diese Entdeckung möglich", freut sich Orton. "Wir konnten jetzt die Puzzleteile zusammensetzen, die eine große Anzahl von Studenten und Wissenschaftlern aus aller Welt mit verschiedenen Teleskopen gesammelt haben."

Als Informationsträger dienen die Moleküle Methan und Ethan. Sie sind in der Atmosphäre homogen verteilt, unterschiedlich starke Emission im infraroten Bereich des Spektrums lassen daher direkte Rückschlüsse auf die herrschenden Temperaturen zu. Durch vertikale Strömungen werden abwechselnd kühlere und wärmere Schichten nach oben und dann vom Wind um den Globus getragen.

Die Beobachtung von der Erde aus hat allerdings ihre Grenzen. Da ist zum einen die limitierte Auflösung, bedingt durch das "Flimmern" der Erdatmosphäre – unter Astronomen Seeing genannt –, und zum anderen die Abschattung durch die Saturnringe: Abgesehen von den Zeiten rund um die Tagundnachtgleichen ist die Hemisphäre des Planeten, auf der gerade Winter herrscht, den irdischen Blicken entzogen. Davon betroffen sind auch die äquatornahen Breiten bis etwa 15 Grad Nord und Süd, in denen das Phänomen auftritt.

Hier kommt die Raumsonde Cassini ins Spiel, die durch ihre teilweise stark geneigte Umlaufbahn immer wieder freie Sicht auf die "Wolkendecke" hat. Und natürlich ergeben sich aus der Nähe wesentlich feiner aufgelöste Messungen als von der rund anderthalb Milliarden Kilometer entfernten Erde [2]. Michael Flasar vom Goddard Space Flight Center der NASA erläutert: "Hier gab es einen erheblichen Synergieeffekt zwischen der erdgebundenen Langzeitstudie und den Nahaufnahmen der Oszillationen durch Cassini. Ohne die Raumsonde hätten wir die vertikale Struktur der Schwingung nicht so detailliert beobachten können."

Trotz dieser gefundenen Gemeinsamkeit zwischen Saturn, Erde und Jupiter gibt es noch offene Fragen: Warum beträgt die Dauer der Schwingung gerade knapp 15 Jahre – genau ein halbes Saturnjahr? Und warum erfolgt der Wechsel der Windrichtung zu den Tagundnachtgleichen, wenn die Sonne also direkt über dem Äquator steht? Die Forscher werden mit ihren Teleskopen und den Instrumenten an Bord von Cassini weiter beobachten, um das Verständnis der Vorgänge in den Atmosphären aller Planeten hier und anderswo zu vertiefen.