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Atmosphäre

... des Gasriesen Jupiter
Jupiters Atmosphäre
Jupiters Planetenkörper besitzt eine deutlich ovale Form. Diese Abplattung von 1:10 resultiert aus seiner relativ schnellen Rotationsgeschwindigkeit. Der große Planet benötigt für eine Umdrehung um sich selbst weniger als 10 Stunden.

Die Äquatorialzone (System I) rotiert dabei mit 9 Stunden und 50,5 Minuten etwa 5 Minuten schneller als die meisten anderen Strukturen der Jupiteratmosphäre (System II), die für eine Umrundung 9 Stunden und 55,7 Minuten benötigen. Man spricht von einer differentiellen Rotation.

Das Ringsystem Jupiters
Der Jupiterglobus rotiert in nur 10 Stunden um die eigene Achse. In einer einzigen Nacht können deutliche Veränderungen erkannt werden.

NASA
Ansicht Jupiters südlicher Polar- Region, die aus Ende 2000 angefertigten Aufnahmen der Raumsonde Cassini erstellt wurde. Die Atmosphäre ist durchzogen von unterschiedlich hellen Wolkenbändern und Wirbelstürmen.
Schon in Amateurteleskopen erkennt man abwechselnd helle und dunkle Wolkenbänder, die sich längs zum Äquator erstrecken. Diese werden durch zahlreiche Sturmsysteme zu einem kosmischen Gemälde verwirbelt.

Seit Anfang 2006 besitzt Jupiter neben dem seit mehreren Jahrhunderten bekannten Großen Roten Fleck - einem gewaltigen Wirbelsturm - auch einen Kleinen Roten Fleck, dessen Entwicklung von den Wissenschaftlern mit großem Interesse verfolgt wird.

Die Jupiter-Atmosphäre unterliegt einem etwa 70-jährigen Klimazyklus. In diesem Zeitraum kommt es zur Ausbildung von Wirbelstürmen, die nach gewisser Zeit wieder zerfallen. Bis zum Jahr 2011 sollten die meisten Wirbelstürme auf Jupiter vorübergehend verschwunden sein. Der Große Rote Fleck dürfte diese Entwicklung aufgrund seiner großen Energie überleben. Welche Veränderungen der Kleine Rote Fleck zeigen wird, bleibt abzuwarten.

Chemische Zusammensetzung

Die Atmosphäre, die an ihrer Wolkenobergrenze eine Temperatur von -145°C (128°K) aufweist, besteht zu 90% aus Wasserstoff, 10% Helium, 0,7% Methan sowie Ammoniak und Deuterium. Darüber hinaus wurden Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Neon und fast allen anderen Elementen sowie Wasser, Schwefelwasserstoff, Oxiden und Sulfiden gefunden. Die äußersten Schichten der Atmosphäre beinhalten Kristalle aus gefrorenem Ammoniak.

Innerer Aufbau

Mit zunehmender Tiefe besitzt der atmosphärische Hauptbestandteil Wasserstoff aufgrund des hohen Drucks zunehmend flüssige Eigenschaften. Es existiert aber kein deutlciher Phasenübergang, da der Druck in den Tiefen der Atmosphäre jenseits des kritischen Punktes ansteigt. Eine Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit ist daher nicht mehr möglich.

Ab etwa 25% des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosphären in eine metallische Form über. Vermutlich besitzt Jupiter unterhalb dieser metallischen Wasserstoffschicht einen festen Kern aus Gestein und Eis, der vor allem aus schweren Elementen besteht und etwa bis zu 20 Erdmassen entspricht.
Der Große Rote Fleck und sein kleiner Begleiter
NASA, JPL
Jupiters Großer Roter Fleck aus Sicht der Raumsonde Galileo am 26. Juni 1996
Eine besonders auffällige Erscheinung in der Atmosphäre des größten Planeten in unserem Sonnensystem ist der Große Rote Fleck, der schon seit Erfindung des Teleskops vor rund 400 Jahren mit nur leichten Veränderungen beobachtet wird.

Er rotiert recht stabil zwischen zwei Wolkenbändern in etwa 22° südlicher Breite. Seine Länge im System II hat sich in den Jahren 1997-2003 von 60° auf 80° verändert, nach dem sie zuvor über eine lange Zeit eher stabil war.

Sein visueller Eindruck im Teleskop ist allerdings kein tiefes, leuchtendes Rot sondern schwankt im Lauf der Jahre eher um ein helles Orange.

Der Grund für die eindrucksvolle Erscheinung ist weitgehend ungeklärt. Licht ins Dunkel könnte ein überrschendes Ereignis bringen, das zu Beginn des Jahres 2006 beobachtet wurde - es bildete sich überraschend ein kleineres ebenfalls rotes Sturmsystem.

Entstehung des Kleinen Roten Flecks

NASA
Jupiters Großer Roter Fleck und einer der kleineren Vorgänger- Stürme des Kleinen Roten Flecks aus Sicht der Raumsonde Voyager 1 im Jahr 1979
Der Wirbelsturm, der offiziell den Namen (Rotes) Oval BA trägt, mittlerweile aber eher als Kleiner Roter Fleck oder Red jr. bekannt ist, hat sich ursprünglich durch die Verschmelzung von drei kleineren weißen Zyklonen gebildet.

Die Entstehung dieser drei Sturmsysteme wiederum wurde schon in den 1940er Jahren in einem Wolkenband etwas südlich des Großen Roten Flecks beobachtet. Ungefähr 60 Jahre lang wurden die drei Zyklone gesichtet, ohne dass es dabei zu signifikanten Veränderungen gekommen ist.

Die beiden Voyager-Sonden stellten bei ihrem Vorbeiflug im Jahr 1979 in diesen Stürmen (Bezeichnung Oval BC, DE und FA) Windgeschwindigkeiten von bis zu 430 km/h fest. Diese Messungen konnten auch von der Galileo-Mission in den 1990er Jahren bestätigt werden.

NASA, ESA, GSFC, UC Berkeley
Bild der beiden roten Sturm- Systeme in der Jupiter- Atmosphäre aufgenommen vom Hubble Space Telescope am 8. und 16. April 2006.
Im Jahr 1998 verbanden sich vorerst zwei davon zu einem größeren weißen ovalförmigen Sturm (BE), der zwei Jahre später auch den dritten 'verschluckte'. Der verbliebene Wirbelsturm war etwas dunkler, zeigte aber noch immer eine blasse weiße Färbung und wurde in den darauffolgenden Jahren als Weißes Oval BA bezeichnet.

Zu Beginn des Jahres 2006 vernahmen Wissenschaftler und Amateurastronomen ein bis dahin noch nie beobachtetes Ereignis auf Jupiter. Das Weiße Oval BA verdunkelte sich und veränderte seine vormals blasse helle Färbung in rasanter Geschwindigkeit in ein deutliches Rot.

Christopher Go
Amateuraufnahme der beiden Roten Flecken vom 28. Mai 2006
Im Laufe von einigen Wochen bildete sich scheinbar ein neuer Kleiner Roter Fleck, der seinem großen Vorbild beinahe Konkurrenz machen könnte.

Da sich der Große Rote Fleck in einer anderen Breite befindet als sein kleiner Kompanion, rotiert er etwas schneller um den Jupiter-Globus. Aus diesem Grund ziehen die beiden Systeme ungefähr alle zwei Jahre aneinander vorbei. Zu Kontakten der beiden Sturmsysteme ist es innerhalb der sechs Jahre, in denen das Weiße Oval BA bekannt war, drei Mal gekommen. Dabei ist es jedoch zu keinen signifikanten Veränderungen der Stürme gekommen.

Gemini
Begegnung des Kleinen und Großen Roten Flecks im Sommer 2006 - Infrarot- Aufnahme mit adaptiver Optik am Gemini North ALTAIR Teleskop
Nach der letzten Berührung der beiden Stürme im Sommer 2006 hat der kleinere Rote Fleck allerdings nochmals an Intensität zugelegt. Wissenschaftler konnten aus den hochauflösenden Bildern des Weltraumteleskops Hubble die Windintensität im Kleinen Roten Fleck bestimmen. Demnach erreichen die dort tobenden Winde derzeit Geschwindigkeiten von bis zu 650 km/h und erreichen damit die gleiche Stärke wie die des Großen Roten Flecks.

Der kleinere der beiden Stürme ist mittlerweile ungefähr so groß wie die Erde, der Große Rote Fleck besitzt in etwa den doppelten bis dreifachen Durchmesser.

Gründe der Verfärbung

Der Urprung der roten Farbe selbst ist weitgehend ungeklärt. Man geht davon aus, dass es sich hierbei um Material aus tieferen Schichten der Jupiter-Atmosphäre handelt, das durch die gewaltigen Winde dieser Stürme bis über die höchsten Wolken der Atmosphäre aufgewirbelt wird und sich dort durch die Einwirkung der ultravioletten Strahlung der Sonne rötlich verfärbt.

Der Grund für die beobachtete Veränderung der Farbe des Ovals BA wird als Indikator für eine gesteigerte Aktivität des Sturms gedeutet. Die Wissenschaftler vermuten, dass der Kleine Rote Fleck innerhalb des Jahres 2006 noch aktiver geworden ist, weil er in seinem Wolkenband der einzig verbliebene Wirbelsturm ist und daher mit sehr viel Energie gespeist wird.

Beobachtung der Sturmsysteme

Der Große Rote Fleck ist schon in kleineren Teleskopen zu erkennen. Um den Sturm aufzufinden, kann man sich an der durch ihn bedingten Einbuchtung am Südrand des dunklen Südlichen Äquatorialen Gürtels orientieren. Diese wird auch als Bucht des Großen Roten Flecks (Red Spot Hollow) bezeichnet.

Für den nur etwa halb so großen Red jr. werden ein größeres Teleskop und gute Sichtbarkeitsbedingungen benötigt. Die beste Beobachtungszeit fällt mit der Überquerung der Stürme des Jupiter-Zentralmerians zusammen.
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