Nicht nur die Erde, auch der Gasplanet Saturn leidet unter Überhitzung. Die obere Atmosphäre des Gasriesen ist fast 200 Grad wärmer als sie sein sollte. Bislang hatten Planetenforscher eine komplizierte Wechselwirkung zwischen Magnetfeld, Ionosphäre und Atmosphäre als Ursache für den Effekt im Verdacht. Doch dieser Prozess kommt als Erklärung der Energiekrise nicht infrage: Er heizt zwar die Polregionen auf, kühlt aber die niedrigen Breiten, stellten Forscher um Chris Smith vom University College in London bei Modellrechnungen fest.
Würde nur die Wärme der Sonne auf die Saturnatmosphäre aus Wasserstoffmolekülen, atomarem Wasserstoff und Helium wirken, läge deren Temperatur höchstens bei frostigen minus 70 Grad Celsius. Tatsächlich ist die oberste Schicht des Gasriesen aber 130 Grad Celsius warm, und zwar sowohl an den Polen als auch auf dem 30. Breitengrad. Die Forscher bauten nun einen zusätzlichen physikalischen Effekt in ihr Modell ein: Nördlich des 65. Breitengrades übt das Magnetfeld einen westwärts gerichteten Sog auf die Ionosphäre aus, die oberste Schicht der Atmosphäre, in der sich viele geladene Teilchen befinden.
Durch Ohmsche Erwärmung und den Zusammenstoß von Teilchen entsteht dabei Wärme. Ähnliche Prozesse spielen sich auch in der Polarlichtregion der Erde ab, wo das Magnetfeld Elektronen und andere Teilchen auf Kollisionskurs mit Molekülen der Erdatmosphäre bringt. Dort erwärmt sich die Luft bei intensiven Magnetstürmen ebenfalls.
Wie die Modellrechnungen der Forscher zeigen, bildet sich durch die polare Erwärmung in der Atmosphäre eine Konvektionsbewegung aus. Dabei bewegt sich die Luft in niedrigen Höhen polwärts, in größeren Höhen Richtung Äquator. Netto werden die niedrigen Breiten durch diesen Prozess abgekühlt, während die Pole erwärmt werden. In der Modellrechnung der Forscher traten an den Polen Temperaturen um 130 Grad Celsius auf, wie sie dort auch tatsächlich gemessen wurden.
Allerdings versagt das Modell dabei, die beobachteten hohen Temperaturen in niedrigen Breiten zu erklären, schreiben Smith und seine Kollegen. Sie vermuten, dass es dort noch eine andere, bislang unbekannte Wärmequelle geben muss, die die niedrigen Breiten direkt erwärmt. “Unsere Entdeckung bringt uns zurück zu den Grundprinzipien”, sagt Ko-Autor Alan Alyward vom University College in London. “Wir müssen unsere grundlegenden Annahmen über Planetenatmosphären überprüfen, um die beobachtete Erwärmung zu erklären”.
Auch die anderen drei Gasplaneten des Sonnensystems, Jupiter, Uranus und Neptun, sind wesentlich heißer als es allein durch Sonneneinstrahlung möglich ist. Insbesondere Uranus und Neptun besitzen sehr viel kompliziertere Magnetfelder als Saturn. Die Forscher rechnen daher mit weiteren Überraschungen.
Chris Smith (University College, London) et al.: Nature, Bd. 445, S. 399 Ute Kehse
