Freitag, 20. Mai 2011

Astronomen gelingt Blick in das Herz eines gigantischen Sturms auf Saturn

In unterschiedlichen Lichtspektren fotografiert, offenbart sich der nördliche Sturm und dessen Auswirkungen auf die Struktur der kühleren Wolkenschichten in den tieferen Atmosphärenschichten des Ringplaneten (m.) in Form eines großen Wirbels. Selbst in den für gewöhnlich ruhigeren höhen Schichten zeigt die dritte Aufnahme (r.) ungewöhnlich starke Abstrahlungen im Infrarotbereich am Rande des Sturm. | Copyright: ESO/Univ.of Oxford/Trevor Barry/N.L.Fletcher

Planetologen haben Beobachtungen mit dem "Very Large Telescope" (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) und der Raumsonde "Cassini" der NASA kombiniert und daraus ein unerreicht detailreiches Bild eines den gesamten Planeten Saturn umspannenden Sturms gewonnen. Die Ergebnisse des internationalen Teams erscheinen diese Woche in der Fachzeitschrift Science.

- Bei dieser Meldung handelt es sich um eine Pressemitteilung der "Europäischen Südsternwarte" (ESO), eso.org


In der Atmosphäre des Planeten Saturn geht es normalerweise recht ruhig zu. Doch durchschnittlich einmal pro Saturnjahr, also etwa alle 30 irdischen Jahre, gerät die Saturnatmosphäre in Aufruhr: In den unteren Wolkenschichten des Planeten entsteht eine Störung, die so stark wird, dass sie den gesamten Planeten beeinflusst. Das Phänomen tritt nur in der nördlichen Hemisphäre auf, wo zu der entsprechenden Zeit Frühling herrscht.

Der jüngste derartige Sturm konnte zuerst von einem Radiowellendetektor auf der Raumsonde Cassini nachgewiesen werden, die sich seit 2004 in einer Umlaufbahn um den Saturn befindet. Seit Dezember 2010 verfolgen auch Amateurastronomen die Entwicklung des Phänomens. Nun konnte der Sturm gleichzeitig mit der Infrarotkamera "VISIR" am "VLT" der "ESO" und dem "CIRS"-Instrument an Bord von "Cassini" genauestens untersucht werden.

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Seit 1876 konnten Astronomen insgesamt sechs derartige gigantische Stürme beobachten. Allerdings waren die Beobachtungsmöglichkeiten nie zuvor so günstig wie dieses Mal: Dieses Mal können die Astronomen erstmals Beobachtungen im mittleren Infrarot anstellen, einem Wellenlängenbereich, in dem Temperaturänderungen innerhalb des Sturms sichtbar werden. Und erstmals ist mit Cassini eine Raumsonde vor Ort, die den Sturm aus der Nähe studieren kann.

"Diesmal hat die Störung auf der Nordhalbkugel des Saturn einen riesengroßen, heftigen und komplexen Ausbruch von hell leuchtendem Wolkenmaterial erzeugt, das sich inzwischen so weit verteilt hat, das es den gesamten Planeten umringt", erklärt Leigh Fletcher von der Universität Oxford, der Erstautor des Fachartikel, das die Ergebnisse der Studie zusammenfasst. "Wir hatten die großartige Gelegenheit, den Sturm gleichzeitig mit dem "VLT" und mit "Cassini" beobachten zu können. Alle früheren Untersuchungen solcher Stürme haben ausschließlich sichtbares Licht erfasst, nämlich das vom Saturn reflektierte Sonnenlicht. Mithilfe der Wärmestrahlung konnten wir diesmal viel tiefer in die Atmosphäre schauen und die gravierenden Temperaturänderungen und Windgeschwindigkeiten des Sturms messen."

Der Sturm entsteht vermutlich in tief liegenden Wolkenschichten aus Wasserdampf. Ähnlich wie bei einem herkömmlichen Gewitter entsteht dort eine starke Luftströmung: So, wie in einem geheizten Raum die warme Luft nach oben steigt, drängen hier wärmere Gasmassen aus tiefer liegenden Schichten der Atmosphäre des Saturns nach oben und durchdringen dabei die sonst ruhigen äußeren Atmosphärenschichten. Die gewaltigen Störungen treten mit den dort herrschenden ostwärts und westwärts gerichteten Windströmungen in Wechselwirkung und führen zu merklichen Temperaturänderungen in den oberen Schichten.

"Unsere Beobachtungen haben gezeigt, dass der Stur einen deutlich nachweisbaren Einfluss auf die gesamte Saturnatmosphäre hat. Energie wird freigesetzt und zusammen mit den Gasmassen über große Strecken transportiert. Dabei werden die normalerweise vorherrschenden Windströmungen verändert und es entstehen sich windende Jetstreams und riesengroße Wirbel. Dadurch wird auch die jahreszeitliche Entwicklung der Saturnatmosphäre gestört", ergänzt Glenn Orton vom "Jet Propulsion Laboratory" der NASA in Pasadena, ein weiteres Mitglied des Teams.

Die neuen Bilddaten des VLT-Instruments VISIR zeigen einige unerwartete Erscheinungen, darunter Phänomene, welche die Wissenschaftler auf den Namen "stratosphärische Leuchtfeuer" getauft haben. Dabei handelt es sich um starke Temperaturschwankungen hoch in der Stratosphäre Saturns, die sich etwa 250-300 km über der Wolkendecke der unteren Atmosphärenschichten befinden und damit zeigen, bis in welch große Höhe die Auswirkungen des Sturms reichen. Die Temperatur in der Stratosphäre Saturns beträgt zu dieser Jahreszeit normalerweise etwa -130°C; die Leuchtfeuer dagegen sind 15-20 Grad wärmer.

Im reflektierten Sonnenlicht sind diese Leuchtfeuer komplett unsichtbar. Für VISIR im mittleren Infrarot können sie stärker sein als die gesamte restliche Abstrahlung des Planeten. Da sie noch nie zuvor beobachtet werden konnten, sind sich die Planetologen nicht sicher, ob die Leuchtfeuer regelmäßig bei solchen Stürmen auftreten.

"Glücklicherweise hatten wir für Anfang 2011 sowieso Zeit für Saturnbeobachtungen von der 'ESO' genehmigt bekommen. Diese Beobachtungen durften wir vorverlegen, um den Sturm nach seiner Entdeckung so schnell wie möglich beobachten zu können. Ein weiterer Glückstreffer war, dass Cassinis 'CIRS'-Instrument den Strum zur selben Zeit ebenfalls beobachten konnte. Wir hatten also Bilder vom 'VLT' und spektroskopische Daten von Cassini, die wir miteinander vergleichen konnten", schließt Fletcher. "Natürlich setzen wir unsere Beobachtungen dieses für unsere Generation wahrscheinlich einmaligen Ereignisses derzeit fort."

Quelle: eso.org
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