Uranus und Neptun: Oberflächennahes Wettergeschehen

2-02_Neptune_storms — 1989 sendete Voyager 2 diesen Einblick des aktuellen Wettergeschehens auf dem Eisriesen. Im Norden (oben) ist der »Große Dunkle Fleck« (GDS), begleitet von hellen, weißen Wolken, die schnelle Änderungen in ihrem Aussehen zeigen. Südlich des Flecks ist ein helles Gebilde, das auf den Namen »Scooter« getauft wurde, zu erkennen. Noch weiter südlich befindet sich der »Dark Spot 2« (DS2), der einen hellen Kern zeigt. Seit November 1994 ist der GDS verschwunden.[NASA/Voyager 2 Team]

Am Äquator des Neptun peitscht der Wind mit 1200km/h Richtung Westen. Auf der nördlichen und südlichen Halbkugel hingegen bewegen sich die Jetstreams entgegengesetzt nach Osten und sind mit 900km/h auch deutlich langsamer. [Yohai Kaspi, Weizmann Institute of Science; NASA]

Denkt man an die Gasriesen des äußeren Sonnensystems, fallen nicht nur Planetenbeobachtern, sondern auch der interessierten Öffentlichkeit am ehesten die so charakteristischen Muster bestehend aus Wolkenbändern und Zonen ein. Am augenscheinlichsten treten diese Strukturen womöglich auf Jupiter in Erscheinung. Doch auch Uranus und Neptun, in Distanzen von durchschnittlich 19AE bzw. 29,5AE von der Erde, können durch Wolkenoberflächen beeindrucken. Lange helle Wolken, die den Cirruswolken der Erde ähnelten, wurden beispielsweise in Neptuns Atmosphäre ausgemacht. Durch die schnelle Rotation des Planeten weisen diese Wolkenschichten eine streifenartige Struktur auf. Ein schmales Band (Südliches Collar), das den Planeten zwischen dem 45. und 50. südlichen Breitengrad umspannt, ist das hellste große Merkmal des Uranus. In den letzten Jahren nähert sich Uranus zusehends seinem Äquinoktium was mit einer erhöhten Beleuchtung der Nordhalbkugel einher geht. Als Folge dieser vermehrten Sonneneinstrahlung zeigen neuere Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops viel stärker ausgebildete Bänder und verstärkte Wetteraktivität in der nördlichen Hemisphäre. Demnach herrschen in der Atmosphäre des Gasplaneten, trotz seiner großen Entfernung von der Sonne, ausgeprägte Jahreszeiten. Trotz aller Dynamik: Unklar blieb bisher, wie weit solche Strukturen in das Innere der Gasplaneten hineinreichen. Was die beiden äußersten Eisriesen betrifft, scheint die Lösung eine recht verblüffende zu sein, denn bei ihnen dürfte sich das Wettergeschehen in flachen Regionen nahe der Planetenoberfläche abzuspielen.

Um die Deutungshoheit des Wetters bei Gasplaneten konkurrieren seit geraumer Zeit zwei recht weit verbreitete Modelle. Folgt man ihnen, erstreckt sich atmosphärische Aktivität entweder tief ins Innere des Planeten, oder aber es werden flachliegende atmosphärische Prozesse angenommen. Aufschluss über den Wahrheitsgehalt beider Annahmen liefert das Schwerefeld der beiden Planeten. Die Verbindung zwischen dem Schwerefeld der Gasriesen und dem Aufbau ihrer Atmosphäre ist in den Grundzügen schon seit etwa 100 Jahren bekannt und wurde später innerhalb der Strömungslehre, genauer der Fluiddynamik, weiter verfestigt. Bei horizontalen Oberflächen konstanter Dichte sind schwach differenzielle Bewegungen in einer rotierenden Flüssigkeit parallel zur Rotationsachse ausgerichtet. Innerhalb eines Kugelkörpers bilden sich dabei koaxiale Hohlzylinder aus. Da die Dichte von Gasplaneten nach gängiger Lehrmeinung zum Zentrum hin allerdings stark anwächst, brechen die Zylinder in sich zusammen und die Bewegungen konzentrieren sich nahe der Oberflächen der Körper. Das Schwerefeld der beiden Eisriesen lässt sich nun am schlüssigsten mit einem Bewegungsmuster vereinbaren, welches auf die obersten 1000km beschränkt sein sollte. Bei Radien von etwa 25000km bedeutet dies eine überaus dünne »Wetterschicht« an der Planetenoberfläche. Auf Jupiter und Saturn lassen sich die Erkenntnisse nicht ohne weiteres übertragen. Neue, detaillierte Messungen ihrer Schwerefelder sollen weiteren Aufschluss bringen.

Lars-C. Depka

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