Sonnensystem: Werden und Vergehen der Jupiter-Wolkenbänder

Jupiter - der Gasriese unseres Sonnensystems — © NASA (Ausschnitt)

Während die meisten Jupiterbeobachter gerade verblüfft den Verlust eines der prominenten farbigen Wolkenbänder auf dem Jupiter beklagen, erklärt ein Forscherteam, wie solche ausgedehnten Bandstrukturen auf Gasriesen überhaupt entstehen können. Verantwortlich sind nicht nur die schon zuvor verdächtigten konvektiven und turbulenten Strömungen in der typischen Gasriesenatmosphäre – zudem sorgen Gravitationsschleppen, wie sie etwa von Monden ausgehen, für die oft über Jahrzehnte stabilen bandartigen Farbbänder.

Andreas Tilgner von der Universität Göttingen und seine Kollegen kommen zu dem Schluss, nachdem sie den Jupiter in einem kleinen Laborexperiment nachgebaut haben, um eine schon vor einiger Zeit vorgestellte mathematische Simulation handfest zu überprüfen. Demnach sollten sich unter dem Schwerkrafteinfluss eines Monds im Orbit die Schichten jeweils in verschiedenen Breiten einer sich drehenden flüssigen Kugel zu zylindrischen Säulen organisieren. Wo diese Zylindersegmente die Oberfläche durchstoßen, sollten dann die parallel zum Äquator der Kugel verlaufenden typischen Verwirbelungsbänder entstehen.

Jupiterexperiment | Im Experiment diente eine flexible, flüssigkeitsgefüllte und silikonumhüllte Kugel als Ersatzjupiter. Den Schwerkrafteinfluss eines Monds simulierten die Forscher mit einer dezenten Verformung des sich drehenden Versuchsballons, wie sie auch unter dem Einfluss der Mondgravitation in der Realität von Gasriesen auftritt. Sie sorgt dafür, dass die im Modell vorhergesagten zylindrischen Flüssigkeitssäulen im Inneren der Kugel auftreten (links im Querschnitt). Auf der Oberfläche bilden sie horizontale Streifen wie die Atmosphärenbänder Jupiters.

Genau dies bestätigt sich im Experiment, bei dem eine flexible, flüssigkeitsgefüllte und silikonumhüllte Kugel als Ersatzjupiter diente. Die Schichtung des Kugelinhalts konnten die Wissenschaftler darin mit asymmetrischen Laserreflektoren nachvollziehen, den Schwerkrafteinfluss eines Monds simulierten sie mit einer dezenten Verformung des Versuchsballons, wie sie auch unter dem Einfluss der Mondgravitation in der Realität von Gasriesen auftritt: Sie sorgt für eine Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit der Säulensegmente.

Je nach ausgeübtem Druck und Rotationsgeschwindigkeit entstanden tatsächlich bandartige Strukturen auf dem experimentellen Jupiter, die den realen Farbbändern ähneln. Der Effekt ist allerdings recht gering – wahrscheinlich spielen weitere Einflussfaktoren eine Rolle; zudem sind die hydrodynamischen Gegebenheiten des Jupiters sicher nicht exakt simulierbar.

Gebänderter Jupiter | Auf diesem Bild, das die Raumsonde Cassini im Dezember 2000 schoss, ist das dunkle Wolkenband auf der Südhemisphäre noch deutlich zu erkennen (es umfließt teilweise den Großen Roten Fleck). Auch neun Jahre später war es noch zu sehen – dann aber verblasste es Anfang 2010 offenbar unerklärlicherweise in den Wochen, die sich Jupiter von der Erde aus gesehen hinter der Sonne versteckte.

Unterdessen bleibt unklar, warum die Streifen des Gasriesen plötzlich auch wieder verschwinden können – wie gerade ein sonst prominentes dunkles Band auf der südlichen Hemisphäre, das allen Astronomen zu einem vertrauten Anblick geworden war, bevor sich der Gasriese Ende 2009 von der Erde aus gesehen nahe der Sonne ihren Blicken entzogen hatten. Die ersten guten Aufnahmen des Jahres vom April zeigen nun eine ungewohnt leere untere Planetenhälfte.

Das südliche Band ist allerdings nicht zum ersten Mal verschwunden – schon Anfang der 1990er Jahre fehlte es zeitweise, ebenso auch auf den Detailaufnahmen, die 1973 von der Jupitersonde Pioneer 10 geschossen wurden. Die Bänder erscheinen dunkel, weil hier höhere, hellere Wolkenschichten fehlen. Wieso die Bewölkung sich plötzlich änderte, bleibt indes mysteriös. (jo)

Morize, C. et al.: Experimental determination of zonal winds driven by tides. Physical Review Letters, im Druck (2010).