Hundertjährige Stürme stellen unser Verständnis von Gasriesen in Frage

Während seiner siebenjährigen Sonnenwende-Mission beobachtete Cassini, wie ein gewaltiger Sturm ausbrach und Saturn umgab. Wissenschaftler glauben, dass solche Stürme teilweise mit den saisonalen Auswirkungen des Sonnenlichts auf die Saturnatmosphäre zusammenhängen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Riesige Stürme hinterlassen jahrhundertelang Spuren in der Saturnatmosphäre.

Forscher haben langperiodische Riesenstürme entdeckt Saturnist ähnlich wie der JupiterGroßer Roter Fleck, durch Untersuchung von Radioemissionen und Störungen durch Ammoniakgas. Die Forschung deckt erhebliche Unterschiede in der Atmosphäre zwischen Gasriesen auf, stellt das derzeitige Verständnis von Riesenstürmen in Frage und liefert neue Erkenntnisse, die zukünftige Studien zu Exoplaneten beeinflussen könnten.

Der Große Rote Fleck und neue Entdeckungen auf dem Saturn

Der größte Sturm im Sonnensystem, ein 10.000 Meilen breiter Antizyklon, bekannt als der Große Rote Fleck, ziert seit Hunderten von Jahren die Oberfläche des Jupiter.

Eine neue Studie zeigt, dass Saturn, obwohl er im Vergleich zum farbenfrohen Jupiter bescheidener aussieht, auch riesige, langanhaltende Stürme hat. Diese Stürme haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Atmosphäre, die über Jahrhunderte anhalten.

Studienmethodik

Die Forschung wurde von Astronomen durchgeführt Universität von Kalifornien, Berkeleyund der University of Michigan Ann Arbor. Sie untersuchten Radioemissionen des Planeten, die von unterhalb der Oberfläche stammen, und entdeckten langfristige Störungen in der Verteilung des Ammoniakgases.

Die Studie wurde am 11. August in der Zeitschrift veröffentlicht Die Wissenschaft schreitet voran.

Im Mai 2015 wurde mit dem VLA ein Radiobild des Saturn aufgenommen, wobei hellere Radioemissionen von Saturn und seinen Ringen abgezogen wurden, um den Kontrast in schwächeren Radioemissionen zwischen verschiedenen Breitenbändern in der Atmosphäre zu verstärken. Da Ammoniak Radiowellen blockiert, weisen helle Merkmale auf Regionen hin, in denen Ammoniak erschöpft ist und die VLA tiefer in die Atmosphäre blicken kann. Das breite helle Band in nördlichen Breiten ist die Nachwirkung eines Sturms auf dem Saturn im Jahr 2010, der offenbar Ammoniakgas unter der eisigen Ammoniakwolke ausgestoßen hat, was wir mit bloßem Auge sehen. Bildnachweis: RJ Sault und I. de Pater

Die Natur von Megastürmen

Riesige Stürme ereignen sich etwa alle 20 bis 30 Jahre auf dem Saturn und ähneln Hurrikanen auf der Erde, wenn auch viel größer. Aber im Gegensatz zu den Hurrikanen auf der Erde weiß niemand, warum die massiven Stürme in der Saturnatmosphäre auftreten, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium mit Spuren von Methan, Wasser und Ammoniak besteht.

„Das Verständnis der Mechanismen der größten Stürme des Sonnensystems stellt die Hurrikantheorie in einen breiteren kosmischen Kontext, stellt unser aktuelles Wissen in Frage und verschiebt die Grenzen der terrestrischen Meteorologie“, sagte Hauptautor Cheng Li, ein ehemaliger UCLA 51 Peg b-Stipendiat. Berkeley und ist jetzt Assistenzprofessor an der University of Michigan.

Erkundung und Werkzeuge

Imke de Pater, emeritierte Professorin für Astronomie und Erd- und Planetenwissenschaften an der UC Berkeley, untersucht seit mehr als vier Jahrzehnten Gasriesen, um ihre Zusammensetzung und ihre Einzigartigkeit besser zu verstehen, und nutzt dazu das Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico Erforschen Sie Radioemissionen aus der Tiefe des Planeten. .

Im Gesichtsfeld scheint die gebänderte Atmosphäre des Saturn sanft von Farbe zu Farbe zu wechseln. Aber hier im Radiolicht zu sehen – die VLA-Daten überlagert mit einem Cassini-Bild des Saturn – ist die unterschiedliche Natur der Bänder klar. Wissenschaftler nutzten VLA-Daten, um Ammoniak in der Atmosphäre des Gasriesen besser zu verstehen, und erfuhren, dass riesige Stürme Ammoniak aus der oberen Atmosphäre in die untere Atmosphäre transportieren. Bildnachweis: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater et al. (UC Berkeley)

„Bei Radiowellenlängen erforschen wir unterhalb sichtbarer Wolkenschichten auf Riesenplaneten. Da chemische Reaktionen und Dynamik die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten verändern, sind Beobachtungen unterhalb dieser Wolkenschichten erforderlich, um die Zusammensetzung der wahren Atmosphäre des Planeten einzuschränken, was von entscheidender Bedeutung ist.“ Parameter für Modelle der Planetenentstehung.“ „Radiobeobachtungen helfen bei der Charakterisierung dynamischer, physikalischer und chemischer Prozesse, einschließlich Wärmeübertragung, Wolkenbildung und Konvektion in der Atmosphäre von Riesenplaneten, sowohl auf globaler als auch auf lokaler Ebene.“

Überraschende Ergebnisse

Wie in der neuen Studie berichtet, fand Chris Moeckel de Pater, Doktorand an der UC Berkeley, etwas Überraschendes in den Radioemissionen des Planeten: Anomalien in der Ammoniakkonzentration in der Atmosphäre, die sie mit früheren Ereignissen massiver Stürme auf der Nordhalbkugel in Verbindung brachten des Planeten.

Einfluss auf die Ammoniakkonzentration und atmosphärische Unterschiede

Nach Angaben des Teams ist die Ammoniakkonzentration in mittleren Höhen, unterhalb der oberen Wolkenschicht aus Ammoniak und Eis, geringer, in tieferen Höhen, 100 bis 200 Kilometer tiefer in der Atmosphäre, wird sie jedoch angereichert. Sie gehen davon aus, dass Ammoniak durch Niederschlags- und Wiederverdampfungsprozesse von der oberen Atmosphäre in die untere Atmosphäre transportiert wird. Darüber hinaus könnte dieser Effekt Hunderte von Jahren anhalten.

Vergleich von Saturn und Jupiter

Die Studie ergab außerdem, dass sich diese beiden Gasriesen deutlich unterscheiden, obwohl sowohl Saturn als auch Jupiter aus Wasserstoffgas bestehen. Während Jupiter troposphärische Anomalien aufweist, sind diese durch seine Regionen (weiße Bänder) und Gürtel (dunkle Bänder) begrenzt und werden nicht wie auf Saturn durch Stürme verursacht. Der erhebliche Unterschied zwischen benachbarten Gasriesen stellt das derzeitige Verständnis der Entstehung von Riesenstürmen auf Gasriesen und anderen Planeten in Frage. Es könnte sich auch darauf auswirken, wie diese Stürme in Zukunft auf Exoplaneten gefunden und untersucht werden.

Referenz: „The Deep Long-Term Impact of Saturn’s Giant Storms“ von Cheng Li, Emke de Pater, Chris Moeckel, RJ Salt, Brian Butler, David de Boer und Zhiming Zhang, 11. August 2023, hier verfügbar. Die Wissenschaft schreitet voran.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

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