Ein Blick ins Innere von Jupiter

Seit Juli 2016 umkreist Juno den Planeten Jupiter. Die Raumsonde der NASA beobachtet und vermisst den Gasriesen mit zahlreichen Instrumenten. Doch auch anhand der Umlaufbahn von Juno lassen sich Erkenntnisse über den Planeten gewinnen. Demnach reichen die an der Oberfläche Jupiters sichtbaren Gasströmungen bis in eine Tiefe von etwa 3000 Kilometern, wie an der Mission beteiligte Forscherteams nun in der Zeitschrift „Nature“ berichten. Weitere zeitgleich veröffentlichte Analysen zeigen zudem, dass an den Polen von Jupiter starke Wirbelstürme toben.

Die Atmosphäre des Planeten wird von hellen und dunklen Bändern dominiert, die vermutlich durch aufsteigendes und absinkendes Gas entstehen. Im Übergangsbereich zwischen diesen Bändern gibt es besonders starke Winde, die mit bis zu 400 Kilometern pro Stunde nach Osten oder Westen wehen. „Wie weit diese Jetströmungen in die Tiefe reichen, war bislang eine offene Frage“, schreiben Yohai Kaspi vom Weizmann-Institut für Wissenschaften in Israel und seine Kollegen. „Diese Frage zu beantworten, ist eine der Hauptaufgaben von Juno.“

Um einen Blick in das Innere des Riesenplaneten zu werfen, untersuchten die Forscher die Bahn der Raumsonde. Denn das Gravitationsfeld eines starr rotierenden Planeten sollte achsensymmetrisch sein und sich auf der Nord- und Südseite des Planeten nicht voneinander unterscheiden. Durch Bewegungen im Inneren des Planeten – etwa eine ungleichmäßige Rotation oder Gasströmungen – kann das Gravitationsfeld aber von diesen Symmetrien abweichen. Und das würde sich auf die Bahnbewegung einer Raumsonde auswirken. Allerdings sind die Effekte klein und die Analyse daher schwierig. Selbst Einflüsse der Sonnenstrahlung auf die Sonde müssen exakt berücksichtigt werden.

Mithilfe von Juno stießen Astronomen bei Jupiter nun tatsächlich auf einige Abweichungen von einem starr rotierenden Planeten. So gibt es etwa eine Asymmetrie des Gravitationsfelds zwischen der Nord- und Südseite. Anhand dieser Daten ermittelten Kaspi und seine Kollegen das Geschwindigkeitsfeld im Inneren von Jupiter. Demnach reichen die schnellen Jetströmungen bis in eine Tiefe von etwa 3000 Kilometern. In dieser Tiefe ist der Druck mit etwa 100 000 Bar so groß, dass der atmosphärische Wasserstoff metallisch und damit elektrisch leitfähig wird. Damit verbundene Magnetfelder bremsen die Gasströmungen, vermuten die Wissenschaftler. Weiter im Inneren rotiert Jupiter wie ein starrer Körper.

An den Polen des Planeten wird die Atmosphäre von starken Wirbelstürmen dominiert. Juno ist die erste Raumsonde, die detaillierte Aufnahmen der Polarregionen lieferte. Die Analyse dieser Bilder zeigt ein regelmäßiges Muster von acht Zyklonen um einen zentralen Wirbelsturm am Nordpol sowie von fünf Zyklonen um einen zentralen Wirbelsturm am Südpol des Planeten. Aufgrund der Corioliskraft sollten die Zyklone jeweils zu den Polen wandern und dort verschmelzen. Wie diese Wirbelstürme entstehen und wie sie dort offenbar über längere Zeit stabil existieren können, wissen die Forscher bislang nicht. Vielleicht lösen weitere Beobachtungen mit Juno dieses Rätsel. Zwar ist bislang geplant, die Raumsonde im Juli dieses Jahres in der Atmosphäre von Jupiter verglühen zu lassen. Doch wenn es keine technischen Probleme gibt, könnte die Mission noch einmal verlängert werden.