Dynamische Atmosphären auf Uranus und Neptun

Während seiner alljährlichen Routineüberwachung des Wetters auf den äußeren Planeten unseres Sonnensystems, hat das Hubble Weltraumteleskop einen neuen mysteriösen dunklen Sturm auf Neptun entdeckt und einen neuen Blick auf einen langlebigen Sturm um die Nordpolregion vom Uranus geworfen.

Wie die Erde haben Uranus und Neptun Jahreszeiten, die vermutlich einige dieser Eigenschaften in ihren Atmosphären verursachen. Aber ihre Jahreszeiten sind viel länger als die der Erde und erstrecken sich über Jahrzehnte statt über Monate.

Die neue Hubble-Aufnahme von Neptun zeigt den dunklen Sturm oberhalb der Bildmitte. Die während des südlichen Sommers auf dem Planeten erschienene Struktur ist der vierte und letzte mysteriöse dunkle Wirbel, den Hubble seit 1993 eingefangen hat. Zwei weitere dunkle Stürme wurden 1989 von der Raumsonde Voyager-2 entdeckt, als sie an dem fernen Planeten vorbeiflog. Seit jener Zeit hatte nur Hubble die Empfindlichkeit im blauen Licht, um diese schwer zu erfassenden Strukturen verfolgen zu können, die auftauchen und schnell wieder verblassen. Eine Studie der Universität von Kalifornien, Berkeley, durchgeführt vom Studenten Andrew Hsu, kam zu dem Schluss, dass die dunklen Flecken alle vier bis sechs Jahre in verschiedenen Breiten auftauchen und nach etwa zwei Jahren wieder verschwinden.

Hubble entdeckte den letzten Sturm im September 2018 in der nördlichen Hemisphäre von Neptun. Die Struktur ist etwa 10.800 Kilometer breit.

Auf der rechten Seite der dunklen Struktur befinden sich helle weiße „Begleitwolken“. Hubble hat beobachtet, dass ähnliche Wolken die früheren Wirbel begleitet haben. Die hellen Wolken bilden sich, wenn der Umgebungsluftstrom über dem dunklen Wirbel nach oben gestört und abgelenkt wird, wodurch Gase zu Methan-Eiskristallen gefrieren. Diese Wolken ähneln jenen auf der Erde, die als linsenförmige Wolken (Lenticularis) bekannt sind. Sie entstehen, wenn Luft über die Berge geschoben wird (Föhnlinse, Föhnfische). Neptun hat aber keine feste Oberfläche. Die lange, dünne Wolke links vom dunklen Fleck ist eine flüchtige Erscheinung, die nicht Teil des Sturmsystems ist.

Es ist noch nicht ganz verstanden, wie diese Stürme entstehen. Aber wie bei Jupiters Großem Roten Fleck bewegen sich die dunklen Wirbel Neptuns in einer antizyklischen Richtung und scheinen Material aus tieferen Ebenen in die Atmosphäre des Eisgiganten mitzunehmen.

Die Hubble-Beobachtungen zeigen, dass bereits 2016 eine erhöhte Wolkenaktivität in der Region dem Auftreten des Wirbels vorausging. Die Bilder Zeigen, dass sich die Wirbel in Neptuns Atmosphäre wahrscheinlich in tieferen Schichten entwickeln und erst sichtbar werden, wenn die Spitze des Sturms größere Höhen erreicht.

Die Momentaufnahme von Uranus zeigt so wie das Bild von Neptun eine dominierende Struktur: Eine riesige stürmische Wolkenkappe über dem Nordpol.

Wissenschaftler glauben, dass diese neue Struktur ein Ergebnis der einzigartigen Rotation von Uranus ist. Im Gegensatz zu jedem anderen Planeten im Sonnensystem ist Uranus fast auf die Seite gekippt. Aufgrund dieser extremen Neigung scheint die Sonne während des Uranus-Sommers fast direkt auf den Nordpol und geht nie unter. Uranus nähert sich dem Höhepunkt der Sommersaison und die Region der Polarkappe gewinnt an Bedeutung. Die Polarhaube könnte sich durch saisonale Änderungen der atmosphärischen Strömung gebildet haben.

Am Rande des polaren Sturms befindet sich eine große kompakte Methaneis-Wolke, die manchmal so hell ist, dass sie sogar von Amateurastronomen fotografiert werden kann. Ein schmales Wolkenband umgibt den Planeten nördlich des Äquators. Es ist ein Rätsel, wie sich ein solches Band auf eine so geringe Breite beschränken kann, weil sowohl Uranus als auch Neptun sehr breite, westwärts wehende Windjets hat.

Beide Planeten sind Eisriesen. Sie haben keine feste Oberfläche, sondern Ummantelungen aus Wasserstoff und Helium, die ein wasserreiches Inneres umgeben, das vielleicht einen Gesteinskern umschließt. Atmosphärisches Methan absorbiert rotes Licht, lässt jedoch blaugrünes Licht durch, das in den Weltraum gestreut wird und dies gibt jedem Planeten einen Cyan-Farbton.

Die neuen Aufnahmen von Neptun und Uranus stammen aus dem Programm Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL), einem langjährigen Hubble-Projekt, das von Amy Simon vom Goddard Space Flight Cener in Greenbelt, Maryland, geleitet wird und jährlich globale Karten von den äußeren Planeten unseres Sonnensystems erstellt, wenn sie auf ihren Umlaufbahnen der Erde am nächsten sind. Die wichtigsten Ziele von OPAL sind die Untersuchung langfristiger saisonaler Veränderungen sowie die Erfassung vergleichsweise vorübergehender Ereignisse, wie beispielsweise das Auftreten des dunklen Flecks auf Neptun. Diese dunklen Stürme sind vielleicht so flüchtig, dass in der Vergangenheit einige von ihnen - während mehrjähriger Lücken bei den Hubble-Beobachtungen – verblasst waren, bevor sie beobachtet werden konnten. Das OPAL-Programm stellt sicher, dass den Astronomen keine dunklen Stürme mehr entgehen.

Diese Bilder sind Teil eines Sammelalbums von Hubble-Schnappschüssen von Neptun und Uranus, welche das Wettergeschehen auf diesen fernen, kalten Planeten im Lauf der Zeit verfolgen. So wie Meteorologen das Wetter auf der Erde nicht anhand einiger weniger Momentaufnahmen vorhersagen können, können Astronomen die atmosphärischen Trends auf den Planeten unseres Sonnensystems nicht ohne regelmäßige Beobachtungen verfolgen. Die Astronomen hoffen, dass Hubbles langfristige Überwachung der äußeren Planeten ihnen helfen wird, die noch bestehenden Geheimnisse dieser fernen Welten zu lösen.

Die Analyse des Wetters auf diesen Welten wird Wissenschaftlern auch dabei helfen, die Verschiedenheiten und die Ähnlichkeiten in den Atmosphären der Planeten unseres Sonnensystems, einschließlich der Erde, besser zu verstehen.

11. Februar 2019/SP
Verein Kuffner-Sternwarte