Aktuelle Forschungen von MIT-Planetenforschern geben Aufschluss darüber, warum Jupiter und Saturn auffallend unterschiedliche Polarwirbelmuster aufweisen. Die Studie legt nahe, dass diese Unterschiede nicht zufällig sind, sondern mit der Zusammensetzung und Dichte des Materials tief im Inneren jedes Planeten zusammenhängen – ein Befund mit erheblichen Auswirkungen auf das Verständnis der Struktur von Gasriesen.
Kontrastierende Polarmerkmale: Jupiters Wirbel vs. Saturns Sechseck
Die Juno- und Cassini-Missionen der NASA lieferten die entscheidenden visuellen Daten für diese Studie. Juno, der Jupiter seit 2016 umkreist, hat Bilder vom chaotischen Nordpol des Planeten aufgenommen, der von mehreren wirbelnden Wirbeln mit einem Durchmesser von jeweils etwa 3.000 Meilen dominiert wird. Im Gegensatz dazu beobachtete Cassini vor dem Ende seiner Mission im Jahr 2017 den Nordpol des Saturn als einen einzigen, stabilen sechseckigen Wirbel, der sich über fast 18.000 Meilen erstreckte.
Die Frage beschäftigt Wissenschaftler seit langem: Warum so drastisch unterschiedliche Muster auf Planeten vergleichbarer Größe und Zusammensetzung? Sowohl Jupiter als auch Saturn bestehen überwiegend aus Wasserstoff und Helium, was die Ungleichheit noch verwirrender macht.
Ein vereinfachtes Modell liefert überraschende Erkenntnisse
Um dieses Rätsel zu lösen, verwendete das MIT-Team ein zweidimensionales Fluiddynamikmodell – eine bewusste Vereinfachung, die sich als effektiv erwies. Die schnelle Planetenrotation sorgt für eine gleichmäßige Bewegung entlang der Achse und ermöglicht es Forschern, die Wirbelentwicklung in zwei Dimensionen genau darzustellen, anstatt komplexe dreidimensionale Simulationen durchzuführen. Dieser Ansatz machte die Studie deutlich schneller und effizienter.
Das Team passte bestehende Gleichungen zur Modellierung von Wirbelstürmen auf der Erde an und passte sie an die besonderen Bedingungen der Polarregionen von Jupiter und Saturn an. Durch die Simulation des Flüssigkeitsverhaltens unter verschiedenen Szenarien – Änderung der Planetengröße, Rotationsgeschwindigkeit, interner Erwärmung und der Weichheit/Härte der darunter liegenden Flüssigkeit – beobachteten sie konsistente Muster.
Der Schlüssel: Die innere Dichte bestimmt die Wirbelbildung
Die Simulationen ergaben, dass die „Weichheit“ des Materials am Boden eines Wirbels seine Größe bestimmt. Weicheres, leichteres Material ermöglicht die Koexistenz kleinerer, mehrerer Wirbel (wie auf Jupiter), während dichteres, härteres Material die Bildung eines einzelnen Wirbels im Planetenmaßstab ermöglicht (wie auf Saturn).
Dies deutet darauf hin, dass das Innere von Jupiter aus leichteren, weniger geschichteten Materialien bestehen könnte, während das Innere von Saturn mit schwereren Metallverbindungen angereichert sein könnte, die eine stärkere Schichtung erzeugen.
„Was wir von der Oberfläche aus sehen, verrät uns möglicherweise etwas über das Innere, etwa wie weich der Boden ist“, bemerkt Doktorand Jiaru Shi.
Implikationen für das Verständnis der Struktur von Gasriesen
Diese Forschung bietet eine neuartige Möglichkeit, aus beobachtbaren atmosphärischen Phänomenen auf die innere Zusammensetzung des Planeten zu schließen. Die Studie hebt hervor, dass Oberflächenflüssigkeitsmuster nicht nur ästhetische Merkmale sind, sondern vielmehr als Indikatoren für tiefere, grundlegende Eigenschaften fungieren. Die Ergebnisse werden in den Proceedings of the National Academy of Sciences erscheinen.
Letztlich geht es beim Verständnis dieser Wirbelmuster nicht nur darum, das Wetter auf dem Planeten zu entschlüsseln; Es geht darum, tiefere Einblicke in das verborgene Innere von Gasriesen und die Prozesse zu gewinnen, die ihre Entstehung geprägt haben.
