Die meisten Menschen kennen den eindrucksvollen Großen Roten Fleck auf dem Planeten Jupiter – ein Sturm, der einen Durchmesser von ungefähr 16 000 Kilometern hat und seit mindestens 200 Jahren sein Unwesen auf der Oberfläche treibt. Doch auch der benachbarte Gasriese Saturn bleibt von Stürmen, die so groß werden können wie die Erde, nicht verschont. Das zeigt eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift »Science Advances« publiziert wurde.

Die Forschungsgruppe um Cheng Li von der University of California in Berkeley und der University of Michigan in Ann Arbor untersuchte dazu die Emissionen von Saturn. Beobachtungen im Radiobereich des elektromagnetischen Spektrums sind hier besonders relevant, da man so durch die Dunst- und Wolkenschichten von Saturn blicken kann. So sieht man mehr davon, was sich in der Gasatmosphäre abspielt. Außerdem ist es erst dadurch möglich, die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre und die chemischen Prozesse zu charakterisieren, die sich in ihr ereignen. Phänomene wie Wolkenentstehung und Konvektion lassen sich durch Beobachtungen im Radiobereich besser verstehen.

Die so genannten Megastürme auf Saturn, die bereits seit 1876 beobachtet werden, ereignen sich alle 20 bis 30 Jahre und erzeugen Turbulenzen in der Atmosphäre des Planeten. Der letzte seiner Art fand 2010 statt, gerade als die Sonde Cassini der NASA den Gasriesen beobachtete und so detaillierte Daten des Geschehnisses sammeln konnte. Zwar ähneln die Megastürme in manchen Aspekten den Wirbelstürmen auf der Erde, dennoch sind sie nicht nur durch ihre Größe kaum damit zu vergleichen. Wir wissen zum Beispiel, dass irdische Stürme ihre Energie aus den umliegenden warmen Meeren beziehen, doch wie sie auf Saturn entstehen, bleibt vorerst ungeklärt. Außerdem wurde bei dem Megasturm von 2010 etwas Merkwürdiges und Unerwartetes entdeckt, nämlich ein so genannter Dehydrationseffekt. In anderen Worten: Durch die Stürme werden kondensierbare Dämpfe abgebaut.

Was die Forschungsgruppe in den Radioemissionen entdeckt hat, sind Anomalien in den Konzentrationen von Ammoniak (NH₃), einem giftigen Gas, das sich aus Stickstoff und Wasserstoff zusammensetzt. Eigentlich sollte die Konzentration von Ammoniak durch Konvektion in der Atmosphäre steigen, was die Sache noch rätselhafter macht, da genau das Gegenteil beobachtet wurde. Offensichtlich bringen die Megastürme die Ammoniakkonzentration völlig durcheinander.

Das Team um Cheng Li beobachtete, dass die Konzentration bei mittleren Höhen geringer ist, während sie bei niedrigeren Höhen zunimmt. In der Studie wird dieses Phänomen durch meridionale Zirkulation und feuchte Konvektion erklärt. Das bedeutet, dass die Aufwinde feuchte und gesättigte Luft nach oben tragen, während die Abwinde trockene und ungesättigte Luft wieder nach unten befördern. Dieser Effekt, der womöglich Hunderte von Jahren andauert, könnte laut dem Team also für die niedrige Konzentration von Ammoniak verantwortlich sein.

Das Team hat sich aber nicht nur die Megastürme auf Saturn angesehen, sondern ebenso einen direkten Vergleich zwischen Jupiter und Saturn gezogen. Hier stellte die Gruppe wiederum fest, dass sich die Gasriesen trotz ihrer ähnlichen chemischen Zusammensetzung deutlich voneinander unterscheiden. Jupiter hat zwar auch Anomalien in seiner Troposphäre, jedoch werden diese nicht von den Stürmen verursacht, die auf ihm toben. Viel eher sind die dunklen und hellen Bandstrukturen dafür verantwortlich. Auf Saturn kommen die Anomalien offenbar von den Megastürmen. Das Verhalten von Stürmen auf Gasriesen scheint also doch durchwachsener zu sein als gedacht, wenn es schon bei zwei von ihnen im Sonnensystem so deutliche Unterschiede gibt.