Überraschendes vom Jupiter

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Am 27. August 2016 hat die NASA-Raumsonde Juno ihren ersten nahen Vorbeiflug am Jupiter absolviert. Seither sendet sie einzigartige Daten und Detailaufnahmen vom größten Planeten unseres Sonnensystems. Forscher haben nun die ersten Daten der Sonde ausgewertet – und diese liefern gleich mehrere Überraschungen. So sehen die Pole des Planeten völlig anders aus als bei seinem Nachbarn Saturn, das Jupiter-Magnetfeld ist stärker als es Modelle vorhersagten und auch die Gasströme unter der Wolkendecke verhalten sich unerwartet.

Jupiter ist in gleich mehrerer Hinsicht einzigartig im Sonnensystem: Kein anderer Planet besitzt auch nur annähernd die Größe und Masse dieses Gasriesen, keiner dreht sich so schnell oder erzeugt so gewaltige Stürme – das bekannteste Beispiel ist der berühmte Große Rote Fleck. Der immense Schwerkrafteinfluss des Jupiter könnte einst sogar die Struktur des Sonnensystems geprägt und entscheidend verändert haben. Gleichzeitig ist der Planet aufgrund seiner Größe und Helligkeit eine der prominentesten Erscheinungen am Nachthimmel – schon unseren Vorfahren dürfte dieser helle Lichtpunkt aufgefallen sein. Und seit der Erfindung von Teleskopen und Raumsonden steht der Gasriese nahezu unter ständiger Beobachtung. Trotzdem aber birgt Jupiter noch immer zahlreiche Geheimnisse. So ist die Struktur seiner Atmosphäre, vor allem an den von bisherigen Sonden kaum erkundeten Polen, bisher nur in Teilen bekannt. Auch sein Magnetfeld – das größte im gesamten Sonnensystem – ist erst in Ansätzen erforscht.

Mehr Aufschluss liefern nun die Daten der NASA-Raumsonde Juno, die den Gasriesen am 4. Juli 2016 erreichte und die den Planeten zurzeit auf einem exzentrischen, polaren Orbit umkreist. Ihre Instrumente erlauben es Forschern erstmals, genaue Daten aus nächster Nähe zu bekommen. “Die Juno-Mission hat zwei Hauptaufgaben: Sie soll zum einen Entstehung und Entwicklung des Jupiter und damit auch anderer, ähnlicher Planeten um andere Sterne verstehen helfen”, erklären John Connerney vom Goddard Space Flight Center der NASA und seine Kollegen. Hierfür sammelt die Raumsonde vor allem Daten zum Schwerefeld, dem Magnetfeld und der Struktur und Dynamik der Atmosphäre des Planeten. “Zum anderen soll sie die polare Magnetosphäre und die intensiven Polarlichter des Planeten erkunden”, so die Forscher. Am 27. August 2016 absolvierte Juno den ersten ihrer rund 22 nahen Vorbeiflüge und passierte die Wolkenspitzen des Planeten in weniger als 5000 Kilometern Entfernung. Die Daten und Aufnahmen dieser Passage haben zwei internationale Forscherteams nun ausgewertet und vorgestellt.

Riesenwolken und fehlende Wirbel

Schon die ersten Aufnahmen aus der Polarregion des Jupiter zeigen Überraschendes: In einem Umkreis von rund 30 Breitengraden um jeden Pol verändert sich die sonstige hellgebänderte Ansicht der Wolkendecke völlig. In diesen Bereichen sind auf einem ungewöhnlich dunklen Hintergrund zahlreiche helle, klar abgegrenzte Formen zu sehen. “Die hellsten dieser Formen sind oval mit spiralähnlichen Anhängen”, berichten die Wissenschaftler. “Zeitrafferaufnahmen enthüllen, dass es sich dabei um Wirbelstürme handelt, die sich auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn drehen.” Diese Wirbelstürme erreichen in der Nordpolarregion bis zu 1400 Kilometer Durchmesser, am Südpol bis zu 1000 Kilometer. In den Aufnahmen des Nordpolargebiets ist eine weitere ungewöhnliche Struktur zu erkennen: Eine rund 7000 Kilometer große, weit über den Rest der Wolkendecke hinausragende Wolke. Sie erreicht eine so große Höhe, dass sie selbst in einer Aufnahme der Nachtseite von hinten hell angestrahlt erscheint. “Bisher kann Juno nicht feststellen, ob es sich dabei um einen abgelösten Höhennebel handelt oder um eine Wolkensäule, deren Basis im Schatten liegt”, erklären die Forscher.

Die Polarregionen des Jupiter boten aber noch weitere Überraschungen: Im Gegensatz zum Saturn scheint der Jupiter keine polaren Ringströmungen zu besitzen. Sie bilden beim Saturn dichte Ringe sehr schneller Winde um die beiden Pole. Auf dem Jupiter fehlen diese Strömungen offenbar. Und noch etwas fehlt: Der Saturn besitzt am Nordpol eine auffallende, sechseckige Atmosphärenstruktur – das Hexagon. Dieses Wolkenmuster wird durch Jetstreams gebildet, die seit Jahrzehnten nahezu unverändert sind. Beim Jupiter konnte Juno jedoch kein Anzeichen für ein auch nur ansatzweise ähnliches Windmuster finden. “Demnach sind die polare Dynamik und die Atmosphärenstruktur dieser beiden Planeten fundamental verschieden”, sagt Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio.

Ammoniak-Auftrieb und ein unerwartet starkes Magnetfeld

Bei ihrem Vorbeiflug hat die Juno-Sonde auch thermische Messungen der tieferen Atmosphäre des Jupiter durchgeführt. Sie konnte dabei Strukturen sichtbar machen, die in zuvor unerforschten Tiefen des Planeten liegen. “Die meisten unserer bisherigen Erkenntnisse zu Temperaturen, Winden, Wolkeneigenschaften und Gaszusammensetzung sind auf die obere Wolkendecke begrenzt”, erklären Bolton und seine Kollegen. Junos Instrumente können nun erstmals bis in Bereiche mit Drücken von mehreren hundert Bar Druck vordringen. Ihre Messdaten enthüllen unter anderem, dass Ammoniak in den tieferen Schichten ganz anders verteilt ist als erwartet: “Diese Merkmale sind ebenso erstaunlich wie unerwartet”, kommentieren die Forscher. Denn statt eines weitgehend gleichförmigen “Ammoniakmeeres” unterhalb der oberen Wolkendecke bildet das Gas turbulente Strömungen. Diese ähneln verblüffend den Hadley-Zellen – den irdischen Luftströmungen, die am Äquator warmfeuchte Luft in die Höhe transportieren und sie als kalte, trockene Luft entlang der Wendekreise wieder absinken lassen. “Die Struktur gleicht einer Hadley-Zelle ohne Regen”, so die Wissenschaftler.

Die Juno-Sonde hat auch die ersten detaillierten Karten der Polarlichter des Jupiter erstellt. Während die nördlichen Auroren leicht gegen den Pol versetzt sind und daher von der Erde aus – beispielsweise mit dem Hubble-Weltraumteleskop – zumindest teilweise zu sehen sind, blieben die kleineren südlichen Auroren bisher weitgehend verborgen. Die Juno-Daten zeigen nun, dass beide Polarlichter von starken Strömen an den Polen abwärts rasender Elektronen gespeist werden. Ihre Struktur scheint sich dabei jedoch fundamental von ähnlichen Phänomenen auf der Erde zu unterscheiden. Ebenfalls sichtbar sind die Einflüsse der inneren Jupitermonde Io, Europa und Ganymed, die ihre “Fußabdrücke” im Magnetfeld und den Polarlichtern hinterlassen, wie die Forscher berichten. Überraschend aber ist die Gesamtstärke des Jupiter-Magnetfelds: Den Juno-Messdaten nach beträgt sie 7766 Gauss – das entspricht der rund zehnfachen Stärke des Erdmagnetfelds. “Damit ist das Jupitermagnetfeld fast doppelt so stark wie erwartet”, sagen Bolton und seine Kollegen.

Schon die ersten nahen Vorbeiflüge Juno-Raumsonde am Jupiter haben damit völlig neue Einblicke zum “König des Sonnensystems” geliefert und teilweise völlig unerwartete Phänomene zutage gefördert. “Die Ergebnisse von Junos ersten Passagen verändern jetzt schon unsere Vorstellungen von diesem Gasriesen”, konstatieren die Wissenschaftler. Noch bis zum Oktober 2017 soll Juno seine Umkreisungen des Jupiter fortsetzen und dabei hoffentlich weitere spannende Daten über diesen einzigartigen Planeten in unserem Sonnensystem liefern.

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