Eine neue Studie, die auf Daten der Cassini-Mission basiert, enthüllt etwas Überraschendes in der Atmosphäre des Saturn. Wir kennen den Sturm am Nordpol des Gasriesen seit Jahrzehnten, aber jetzt scheint es, dass dieser massive sechseckige Sturm ein gewaltiger Gigant mit einer Höhe von Hunderten von Kilometern sein könnte, dessen Basis tief in der Saturnatmosphäre liegt.
Als Cassini 2004 am Saturn ankam, war es Sommer auf der südlichen Hemisphäre, und das Raumschiff fand am Südpol einen polaren Wirbel. Schließlich kam die Sommerzeit auf der Nordhalbkugel und sie erlebten die Entstehung des Sturms am Nordpol. Dies hat nur bestätigt, was wir seit den 1980er Jahren wissen, als die Voyager-Mission den Saturn studierte und einen Sommersturm am Nordpol des Saturn fand.
"Obwohl wir erwartet hatten, einen Wirbel am Nordpol des Saturn zu sehen, als dieser wärmer wurde, ist seine Form wirklich überraschend." - Leigh Fletcher, Universität Leicester, Großbritannien, Hauptautor.
Aber dieser Nordsturm hat eher eine sechseckige als eine runde Form und er hat dieselbe sechseckige Form wie der Sturm tiefer in der Saturnatmosphäre, der zuerst von der Voyager gefunden wurde. Die Frage ist, sehen wir ein hoch aufragendes Monster eines Sturms? Oder zwei getrennte Stürme, die sich beide in sechseckiger Form bilden?
"Die Ränder dieses neu gefundenen Wirbels scheinen sechseckig zu sein und passen genau zu einem berühmten und bizarren hexagonalen Wolkenmuster, das wir tiefer in der Saturnatmosphäre sehen", sagt Leigh Fletcher von der University of Leicester, UK, Hauptautor der neuen Studie.
Dieses Video zeigt das hexagonale Wolkenmuster tief in der Saturnatmosphäre, das zuerst von der Voyager entdeckt wurde.
Wissenschaftler, die an der Cassini-Mission beteiligt waren, hatten erwartet, dass sich am Nordpol eine Sturmform abzeichnet, wenn der Saturn-Sommer kommt, aber sie waren von der Form überrascht. "Entweder ist ein Sechseck spontan und identisch in zwei verschiedenen Höhen entstanden, eine tiefer in den Wolken und eine hoch in der Stratosphäre, oder das Sechseck ist tatsächlich eine hoch aufragende Struktur, die sich über eine vertikale Reichweite von mehreren hundert Kilometern erstreckt", sagte Fletcher.
Das Herzstück dieser neuen Studie ist das Composite Infrared Spectrometer (CIRS) von Cassini. CIRS hat diese Daten zwischen 2010 und 2017 erfasst und zeigt die Erwärmung der Saturn-Stratosphäre aufgrund einer hohen Umlaufbahnneigung. Das zusammengesetzte Bild unten zeigt die allmähliche Erwärmung der Saturn-Stratosphäre und die allmähliche Bildung des sechseckigen Sturms.
Zu Beginn von Cassinis Mission war die obere Atmosphäre einfach zu kalt, als dass CIRS sie hätte sehen können. Die Stratosphäre war ungefähr -158 Grad Celsius, 20 Grad zu kalt für das Instrument. Das Jahr des Saturn dauert jedoch ungefähr 30 Jahre, und 2009 begann sich die nördliche Polarregion zu erwärmen. Bis etwa 2014 konnte Cassinis CIRS-Instrument die obere Atmosphäre untersuchen.
„Ein Saturnjahr erstreckt sich über ungefähr 30 Erdjahre, daher sind die Winter lang. Saturn tauchte erst 2009 aus den Tiefen des nördlichen Winters auf und erwärmte sich allmählich, als sich die nördliche Hemisphäre dem Sommer näherte. “ - Co-Autorin der Studie, Sandrine Guerlet, Laboratoire de Météorologie Dynamique, Frankreich.
„Mit dem CIRS-Instrument konnten wir ab 2014 erstmals die nördliche Stratosphäre erkunden“, sagte Guerlet. "Als der polare Wirbel immer sichtbarer wurde, stellten wir fest, dass er sechseckige Kanten hatte, und stellten fest, dass wir das bereits vorhandene Sechseck in viel höheren Höhen als bisher angenommen sahen."
Die Studie zeigt, dass die Polarregionen auf dem Saturn sehr unterschiedlich sind. Als Cassini die südliche Region im Sommer zu Beginn ihrer Mission beobachtete, gab es kein sechseckiges Sturmmuster. Der Nordsturm ist auch kühler, weniger ausgereift und seine Dynamik ist völlig anders. Wissenschaftler können vorerst nur raten, warum das so ist.
"Dies könnte bedeuten, dass es eine grundlegende Asymmetrie zwischen den Saturnpolen gibt, die wir noch nicht verstanden haben, oder es könnte bedeuten, dass sich der Nordpolarwirbel in unseren letzten Beobachtungen noch entwickelt hat und dies auch nach Cassinis Tod getan hat", sagte Fletcher. Cassinis Mission endete im September 2017 in seinem „großen Finale“, als das Raumschiff absichtlich in die Saturnatmosphäre getaucht wurde, um zerstört zu werden.
Wissenschaftler haben lange Zeit die Wettermuster des Saturn untersucht und wissen seit langem, dass die dicken Wolkenschichten des Planeten den größten Teil des Wetters des Planeten beherbergen. Die nördlichen Polarmerkmale wurden erstmals in den 1980er Jahren von der Voyager entdeckt, und wir wissen, dass das polare Sechseck im Norden ein lang anhaltendes Merkmal ist. Wissenschaftler glauben, dass das Merkmal an die Rotation des Planeten selbst gebunden sein könnte, ähnlich wie der Jetstream hier auf der Erde.
Es ist klar, dass wir viel über die Saturnatmosphäre lernen müssen. Es ist unwahrscheinlich, dass der sechseckige Sturm in der Stratosphäre und der sechseckige Sturm tiefer in der Atmosphäre der gleiche Sturm sind. Der Wind ändert sich zu stark durch die Schichten der Atmosphäre. Aber sie könnten auf andere Weise verbunden sein. Nach der Untersuchung der atmosphärischen Eigenschaften in der nördlichen Region stellten Fletcher und Kollegen fest, dass Wellen wie das Sechseck sich nicht nach oben ausbreiten können und in den Wolkendecken gefangen bleiben sollten. Dies geschieht durch einen Prozess, der als Evaneszenz bezeichnet wird. „Eine Möglichkeit, wie Welleninformationen nach oben gelangen können, ist ein Prozess namens Evaneszenz, bei dem die Stärke einer Welle mit der Höhe abnimmt, aber gerade so stark ist, dass sie immer noch in der Stratosphäre bestehen bleibt“, erklärt Fletcher.
Das größere Bild in dieser Studie ist die anhaltende Frage, wie Energie durch verschiedene Schichten einer Atmosphäre transportiert wird, woran wir hier auf der Erde noch arbeiten. Wenn wir verstehen können, wie und warum der Nordpolarwirbel des Saturn eine hexagonale Form hat, wird er Aufschluss darüber geben, wie Phänomene tiefer in einer Atmosphäre die Umgebung hoch oben beeinflussen können.
"Das nördliche Sechseck des Saturn ist eine Ikone eines der charismatischsten Mitglieder des Sonnensystems. Daher ist es sehr aufregend zu entdecken, dass es immer noch große Geheimnisse birgt", - Nicolas Altobelli, ESA-Projektwissenschaftler für die Mission Cassini-Huygens.
Die Cassini-Mission zeigt uns immer noch Dinge über Saturn, auch jetzt, wo es vorbei ist. Was das Team hinter dieser Studie betrifft, ist es bittersüß, das nördliche Sechseck fast ein Jahr nach Cassinis Ende zu entdecken. Fletcher sagt: „Wir müssen einfach mehr wissen. Es ist ziemlich frustrierend, dass wir dieses stratosphärische Sechseck erst am Ende von Cassinis Lebensspanne entdeckt haben. "
