Sonnensystem

Wirbelnde Stürme auf Saturn und Jupiter sind anders als alles andere auf der Erde

2024

Die Spiralen und Windungen auf Jupiter und Saturn mögen faszinierend aussehen, aber es sind turbulente Stürme, die buchstäblich und anderswo nicht von dieser Welt sind. Nichts dergleichen geschieht auf der Erde.

Es wurde angenommen, dass tobende Stürme auf diesen Gasriesen aus der unteren Atmosphäre entstehen, genau wie auf unserem Planeten - bis jetzt. Neue Forschungen legen nahe, dass diese überirdischen Stürme wahrscheinlich von tieferen inneren Kräften angetrieben werden und nicht von äußeren Kräften, die Stürme direkt über der Erdoberfläche anheizen. Simulationen von Jupiter und Saturn haben gezeigt, dass ihre Wettersysteme, von Zyklonen und Antizyklonen bis hin zu Jets und magnetischen Plumes, hauptsächlich durch heftige interne Prozesse verursacht werden.

Jupiters Großer Roter Fleck, von dem man annimmt, dass er sich gebildet hat, als das innere Dynamo das erzeugt das Magnetfeld des Planeten, das immens ausgelöst wird Antizyklone —Systeme in Hochdruckgebieten, in denen Luft sinkt und sich keine Wolken oder Regen bilden, ist nur eines dieser Phänomene.

Diese riesigen Planeten haben keinen festen Boden, der starke Jetstreams und Stürme unterdrücken kann (z Wissenschaftliche Fortschritte , sagte SYFY WIRE. „Diese Planeten drehen sich auch deutlich schneller als die Erde, und ihre Atmosphären (und tiefere Teile, da sie keine feste Oberfläche haben) kochen stärker als unsere Atmosphäre. Diese Faktoren tragen wahrscheinlich zu ihren unterschiedlichen Wetterbedingungen bei.'

Auf Jupiter und Saturn brauen sich mehr Stürme zusammen als nur der Große Rote Fleck und der sechseckige Sturm des Saturn, die die meiste Aufmerksamkeit erregt haben. Eines der letzten Dinge, die zurückgebeamt wurden Cassini Bevor es für immer in der Atmosphäre des Saturn verschwand, waren Gravitationsdaten vorhanden, und dies half Yadavs Team zusammen mit den Daten der Juno-Mission bei der Feststellung, dass Jetstreams auf beiden Planeten Tausende von Kilometern tief eintauchen müssen. Dies führte zu der Frage, ob einige der Sturmwirbel, die auf diesen Planeten zu sehen sind, durch Konvektion entstehen, die weit unter der Oberfläche stattfindet.

'Wir haben festgestellt, dass große Stürme in unserer Simulation auch langsam in Richtung Westen driften, ähnlich dem großen roten Fleck des Jupiter', sagte er.

Um herauszufinden, wie möglicherweise Stürme in den Eingeweiden dieser Planeten entstehen könnten, modellierte das Forschungsteam sogenannte dünne und dicke Schalen-Simulationen. Beide Ansätze gingen über die bloße Annahme hinaus, wo Wettersysteme entstehen. Jede Art von Simulation berücksichtigte die schnelle Konvektion, die Turbulenzen in planetenförmigen Kugelschalen verursacht, die so programmiert wurden, dass sie sich genau wie die Planeten, die sie simulierten, drehen.

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'Der Ansatz mit dünnen Schalen deutet darauf hin, dass es nicht sehr schwer ist, signifikant große Stürme zu erzeugen, nur weil sich diese Planeten schnell drehen und konvektionieren', sagte Yadav. „Solche Stürme entstehen spontan durch einen Prozess, der als turbulente Selbstorganisation bezeichnet wird. Wenn wir jedoch noch größere Stürme machen müssen, könnten Magnetfelder eine Rolle spielen.“

Auf diesen Gasriesen wird die Konvektion wie auf der Erde durch wärmeres, weniger dichtes Gas aufsteigen und kälteres, dichteres Gas verursacht. Obwohl es hier nur um Gas geht, kann es technisch mit jedem passieren Flüssigkeit , oder eine Substanz, die fließen und ihre Form ändern kann, wenn eine Kraft auf sie einwirkt, um sich zu ändern.

Wirbel von Stürmen auf Jupiter. Bildnachweis: NASA

Der Fall der dünnen Schale untersuchte, was in den Konvektionsschichten der oberen Atmosphären von Jupiter und Saturn vor sich geht. Turbulenzen passieren zwischen dunkleren atmosphärischen Bändern oder Gürteln, in denen kühleres Gas sinkt, und helleren Bändern, die als Zonen bekannt sind, in denen wärmeres Gas aufsteigt. Die Simulation mit dünnen Schalen erzeugte Zyklone, Antizyklone wie diejenigen, von denen angenommen wurde, dass sie den Großen Roten Fleck hervorbrachten, und die Zonen und Gürtel, die auch als . bekannt sind zonale Jets auf Gasriesen wie Jupiter und Saturn.

Nun zu den wirklich schweren Sachen. Der Dynamo eines Planeten erzeugt sein Magnetfeld aus der Tiefe. Der Dynamo der Erde ist das ständig fließende flüssige Eisen im äußeren Kern (außerhalb des inneren Kerns aus festem Eisen), und elektrische Ströme werden erzeugt, wenn Elektronen mit ihm fließen, und diese Energie verwandelt sich in ein Magnetfeld. Deshalb wird angenommen, dass Planeten mit Magnetfeldern metallische Kerne haben. Die Dickschalensimulation hat die Art und Weise nachgebildet, wie die hydrodynamisch Schichten von Gasriesen, die sich wie Flüssigkeiten verhalten, interagieren mit ihren Magnetfeldern. Dies führte dazu, dass die Konvektion tief im Magnetfeld dazu führte, dass es Plumes in den Weltraum aussendete. Überall dort, wo es eine höhere magnetische Energie gab, wurden auch mehr Antizyklone erzeugt.

'Ab und zu stößt die innere Dynamoschicht im Wesentlichen große Flüssigkeitswolken in die äußere Schicht', sagte Yadav. „Diese Wolken können nicht ewig erlöschen und werden von der Oberflächenschicht gestoppt, wo wir die ganze Sturmaktivität sehen. Hier wegen Corioliskraft , (aufgrund der Drehung des Jupiters vorhanden), müssen diese Wolken zu antizykonischen Stürmen werden. Dies führt zur Bildung von pfannkuchenförmigen Riesenstürmen.'

Es gibt einige Unterschiede zwischen den Planeten. Saturn hat eine dunstige Atmosphäre, daher ist die Fluiddynamik hinter seinen Stürmen ähnlicher als die von Jupiter. Das könnte daran liegen, dass die dickere Atmosphäre es schwieriger macht festzustellen, ob Gase herumwirbeln. Auch auf Saturn scheinen nicht so viele Hochdruckgebiete zu passieren.

Wenn Sie das nächste Mal die hypnotischen Wirbel von Saturn und Jupiter betrachten, denken Sie daran, dass sich hinter der Schönheit ein Tier verbirgt.