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19. Mai 2011, 20:57 Uhr

Turbulenter Ringplanet

Saturn-Sturm lässt Forscher staunen

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"Das ist ein riesiges Biest": Auf dem Saturn tobt ein gigantischer Sturm mit mehr als 100.000 Kilometern Durchmesser. Ähnliche Phänomene gibt es nur alle 30 Jahre - zum ersten Mal konnten Forscher nun mit modernen Instrumenten zuschauen.

Infernalische Gewalten durchfahren die Atmosphäre des Saturn: Bei 40 Grad Nord begann sich im Dezember vergangenen Jahres ein gigantisches Sturmsystem zu entwickeln, dessen Dimensionen Astronomen in ungläubiges Staunen versetzten. Bis heute dauert das Schauspiel an. Zunächst waren nur weiße Wölkchen zu sehen, doch dann ging es richtig zur Sache. Im Wissenschaftsmagazin "Science" berichtet ein Forscherteam um Leigh Fletcher von der University of Oxford nun, wie der Monstersturm die Atmosphäre des Ringplaneten nachhaltig durcheinander brachte.

"Das Unglaublichste ist die Größe", sagt Fletcher im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Das gigantische Sturmsystem wütete über eine Höhe von etwa 500 Kilometern in der Saturnatmosphäre, in der Wasserstoff, Helium und Wolken aus Ammoniakkristallen wabern. Die vertikale Ausbreitung lässt sich nur schwer bestimmen, weil bis heute weite Teile der Atmosphäre in Aufruhr sind. Fletcher spricht von einem Durchmesser von weit über einhunderttausend Kilometern. "Das ist ein riesiges Biest, mit dem wir es da zu tun haben."

Es war der US-Astronom Asaph Hall, der im Jahr 1876 zum ersten Mal einen Sturm dieser Größenordnung auf dem Saturn beobachtete. Seitdem hat sich die planetare Show sechs Mal wiederholt, zuletzt im Jahr 1990. Die Stürme entwickeln sich auf der Nordhalbkugel in jedem Frühjahr. Weil sich der Planet langsamer um die Sonne dreht als unsere Erde, ist es normalerweise etwa alle 30 Jahre so weit - so lange dauert die Abfolge von Frühjahr, Sommer, Herbst und Winter auf dem Gasriesen.

Dieses Mal konnten Forscher den Sturm und seine Entwicklung allerdings zum ersten Mal auch im Bereich der thermischen Infrarotstrahlung untersuchen - und nicht nur das vom Saturn reflektierte Sonnenlicht. Zum Einsatz kamen die Saturn-Sonde "Cassini" und das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile.

Die Atmosphäre des Saturn hat eine vergleichsweise geringe Dichte. Sie reicht also weit ins Weltall herein, weil der Planet im Vergleich zum Jupiter eine recht geringe Gravitationswirkung auf sie ausübt. Die Infrarotbilder zeigen die Atmosphäre in Aufruhr. Besonders auffällig sind riesige Bereiche wärmeren Gases, die sich mehrere hundert Kilometer in höhere Schichten ziehen. Die Forscher nennen sie "stratosphärische Leuchtfeuer".

Die euphorische Bezeichnung täuscht allerdings etwas darüber hinweg, dass die Areale immer noch vergleichsweise kalt sind. Statt den üblichen minus 130 Grad lassen sich in ihrem Inneren knapp 20 Grad mehr messen. Im Bereich des sichtbaren Lichts sind die Leuchtfeuer nicht zu erkennen, sehr wohl aber auf den Infrarotaufnahmen. Ob sie stets bei solchen Stürmen auftreten, oder ein Einzelfall sind, wissen die Forscher noch nicht.

Schwebeteilchen und Tröpfchen versperren Blick ins Innere

Im Vergleich zum turbulenten Nachbarn Jupiter gilt der Saturn eigentlich als ruhig. Doch der Eindruck täuscht, wie Forscher wissen. So erschüttern massive Gewitter die Atmosphäre, mit Blitzen 10.000 Mal so stark wie auf der Erde. Dicke Schichten aus Schwebeteilchen und kleinen Tröpfchen versperren nur allzuoft den Blick ins sturmumtoste Innere. Wie es zu dem aktuellen Sturmsystem kam, das wissen die Astronomen deswegen nur in Grundzügen. Sie gehen davon aus, dass die Turbulenz in unteren Atmosphärenschichten entstanden ist. Mächtige Wolken aus Wasserdampf gibt es hier, verborgen vom Blick der Teleskope und Sonden.

In diesem Bereich dürfte sich ein Prozess abgespielt haben, der der Entstehung eines Gewitters auf der Erde gleicht. Durch den Aufstieg von wärmerem Gas bildete sich nach und nach eine mächtige Konvektionsströmung. Der perfekte Sturm war geboren, als sich die Turbulenzen ihren Weg auch in höhere Atmosphärenschichten bahnen konnten. Dort trafen sie auf die normalerweise wehenden zirkulären Winde - und fertig war der riesige Mixer. Er sorgte für großflächige Temperaturänderungen in der Atmosphäre, gebar Jetstreams wechselnder Richtung und einen riesigen kühleren Wirbel.

Doch warum treten die Stürme auf der Nordhalbkugel ausgerechnet im Saturnfühling auf? Die Rotationsachse des Planeten ist stärker geneigt als die unserer der Erde. Deswegen fallen auch die Effekte der Jahreszeiten stärker aus. Doch das reicht für eine vollständige Erklärung nicht aus. Denn die Konvektionen, die den Sturm ans Laufen brachten, toben etwa 200 bis 300 Kilometer unterhalb der von der Erde aus sichtbaren Wolken.

Sonnenlicht gelangt kaum in diese finstere Region. "Dort gibt es keine saisonalen Effekte", sagt Forscher Fletcher. Offenbar verändert sich aber die Geometrie der gesamten Atmosphäre im Rhythmus der Jahreszeiten. Und das könne es den Konvektionsströmungen ermöglicht haben, auch höhere Schichten zu erreichen - obwohl seit dem letzten Sturm erst 20 Jahre vergangen sind.

Doch eine weitere, ebenfalls entscheidende Frage bleibt: Warum rasen nicht auch im Südfrühling entsprechende Windsysteme über die Südhalbkugel des Saturn? Solche Beobachtungen fehlen nämlich bis heute - auch wenn es zum Beispiel am Saturnsüdpol eine Art Hurrikan gegeben hat. Verglichen mit dem aktuellen Sturm fiel er jedoch selbst bei einem Durchmesser von 8000 Kilometern eher winzig aus.

Die Forscher vermuten, dass das mit dem veränderten Abstand des Saturns zur Sonne zu tun hat. Im Nordsommer ist die Distanz Abstand zwischen Planet und Zentralgestirn größer als im Südsommer. Ehrfürchtig spricht Leigh Fletcher von einem "großen Mysterium".

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