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28. April 2017, 17:11 Uhr

„Great Cold Spot“ auf Jupiter entdeckt

Erster direkter Beweis für ein nachhaltiges Wettersystem, das durch polare Aurora erzeugt wird: Ein zweiter Großer Spot wurde auf Jupiter von den Astronomen der Universität von Leicester entdeckt.

Der zweite Große Spot kann mit der Skala des berühmten Großen Roten Flecks von Jupiter konkurrieren. Er wurde durch die mächtigen Energien der großen Auroras des Planeten geschaffen.

Der "Great Cold Spot", der lokalisierte dunkler Fleck, verfügt über eine Größe von bis zu 24.000 km Länge und 12.000 km in der Breite. Er wurde in der dünnen Hochtemperatur-Thermosphäre des Gasriesen beobachtet und ist etwa 200 Kelvin kühler als die umgebende Atmosphäre, die eine Temperatur zwischen 700 Kelvin (426 ºC) und 1000 Kelvin (726 ºC) erreichen kann.

Nach Aussage von Dr. Tom Stallard, Associate Professor in Planetary Astronomy und führender Autor der Studie, wurde das erste Mal ein Wettermerkmal in der oberen Atmosphäre, etwas entfernt von den hellen Auroras, auf Jupiter beobachtet. Der „Great Cold Spot“ wurde zuerst auf Jupiter durch Beobachtungen von Jupiters Aurora-Region mit dem CRIRES Instrument auf dem Very Large Telescope (VLT) der ESO entdeckt.

Die Bilder auf der linken Seite zeigen die hellen Bögen der Infrarot-Aurora des Jupiters an zwei getrennten Nächten, das obere linke Bild am 17. Oktober 2012, und drei Bilder, die am 31. Dezember 2012 aufgenommen wurden, da sich der Planet langsam dreht. Allerdings konnte der „Great Cold Spot“ erst nicht deutlich gesehen werden, bis diese Bilder so gesättigt sind, dass die gesamte Aurora weiß erscheint, wie es auf der rechten Seite gezeigt wird. Hier leuchtet der Planet als Folge der Temperatur der oberen Atmosphäre, und die verschiedenen Regionen der Abkühlung, die den „Great Cold Spot“ offenbaren, sind zu sehen.

Image courtesy of University of Leicester,Based on data from VLT/ESO

Bild vergrößernGreat Cold Spot auf Jupiter
(Bild: Image courtesy of University of Leicester, Based on data from VLT/ESO.)
Der „Great Cold Spot“ ist viel wechselhafter als der langsam wechselnde „Great Red Spot“. Er ändert in nur wenigen Tagen und Wochen dramatisch Form und Größe. Da der „Great Cold Spot“ sehr langsam erschienen ist, verfügen die Wissenschaftler über Daten von 15 Jahren. Das deutet darauf hin, dass sich der große Kaltfleck ständig weiterentwickelt, er könnte aber auch so alt, vielleicht viele Tausende von Jahren, wie die sich oft bildenden Auroras sein.

Der große Kaltfleck wird vermutlich durch die Auswirkungen des Magnetfeldes von Jupiter verursacht, wobei die spektakuläre polare Aurora des massiven Planeten die Energie in die Atmosphäre in Form von Wärme um den Planeten fließen lässt. Dies schafft eine Region der Abkühlung in der Thermosphäre, die Grenzschicht zwischen der darunter liegenden Atmosphäre und dem Vakuum des Raumes.

Obwohl die Wissenschaftler sich nicht sicher sein können, was diese Wetterfunktion antreibt, ist eine anhaltende Abkühlung sehr wahrscheinlich, um einen Wirbel ähnlich dem "Great Red Spot" zu bilden.

Die Astronomen nutzten das CRIRES-Instrument auf dem Very Large Telescope (VLT), um die spektralen Emissionen von H3+ zu beobachten, ein Ion von Wasserstoff, das in großen Mengen in der Jupiter-Atmosphäre vorhanden ist. Es erlaubt den Wissenschaftlern die mittlere Temperatur und die Dichte der Atmosphäre des Planeten abzubilden. Zum Vergleich benutzten sie dann Bilder von H3+ Emissionen von Jupiters Ionosphäre, die vom InfraRed Telescope Facility (IRTF) am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaii zwischen 1995-2000 aufgenommen wurden.

Die Kombination der Bilder, die über den Zeitraum aufgenommen wurden, dazu auch die über 13.000 Bilder, welche in mehr als 40 Nächten von dem InfraRed-Teleskop aufgenommen wurden, zeigte den Astronomen die Anwesenheit des Großen Kaltflecks als ein Gebiet der Dunkelheit unter der heißen Umgebung von Jupiters oberen Atmosphäre. Nach den Aussagen von Dr. Stallard ist es bei Jupiter überraschend, dass der „Great Cold Spot“ seit 15 Jahren an der gleichen Stelle beobachtet wurde.

Image courtesy of University of Leicester, Based on data from VLT/ESO.

Bild vergrößernGreat Cold Spot im zeitlichen Verlauf
(Bild: Image courtesy of University of Leicester, Based on data from VLT/ESO.)
Es steht im Gegensatz zur Beobachtungen der Erdatmosphäre, dort hat sich gezeigt, dass es kurzfristig zu Veränderungen in der Temperatur und Dichte der oberen Atmosphäre kommen kann. Die beiden Hauptunterschiede sind erstens, dass die Aurora der Erde  durch die dramatische Veränderungen der Sonnenaktivität verursacht wird. Während Jupiters Aurora von Gasen aus dem vulkanischen Mond Io dominiert wird, die relativ langsam und stabil sind. Und zweitens, durch die atmosphärischen Ströme, die von der Aurora der Erde erzeugt werden, kann sich die Hitze schnell über den ganzen Planeten verteilen, so dass die obere Atmosphäre "wie eine Glocke läutet", während diese Energie sich durch die schnelle Drehung von Jupiter näher an den Polen befindet.

Dr. Stallard: "Die Erkennung des Großen Kaltflecks war eine echte Überraschung für uns, aber es gibt Hinweise darauf, dass andere Merkmale auch in der oberen Atmosphäre von Jupiter existieren könnten. Der nächster Schritt wird es sein, nach anderen Merkmalen in der oberen Atmosphäre zu suchen und den Großen Kaltfleck selbst näher zu untersuchen".

Das Juno-Raumfahrzeug befindet sich derzeit in der Umlaufbahn um Jupiter und die Beobachtungen der Jupiter-Aurora und der oberen Atmosphäre durch das JIRAM-Instrument, die bisher veröffentlicht wurden, bieten bereits eine Fülle neuer Informationen über den Planeten. In Verbindung mit der bisher laufenden Beobachtungskampagne mit Teleskopen auf der Erde erhoffen sich die Wissenschaftler in den nächsten Jahren ein besseres Verständnis für dieses Wettersystem auf Jupiter.

Video bei YouTube mit Erklärungen in Englisch:


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Quelle: University of Leicester
Autor: Gertrud Felber

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