Im wirbelnden Baldachin der Jupiter-Atmosphäre sind wolkenlose Flecken so außergewöhnlich, dass die großen den besonderen Namen "Hot Spots" erhalten. Wie genau sich diese Lichtungen bilden und warum sie nur in der Nähe des Äquators des Planeten gefunden werden, ist seit langem ein Rätsel. Mithilfe von Bildern aus dem Cassini-Raumschiff der NASA haben Wissenschaftler neue Beweise dafür gefunden, dass Hot Spots in Jupiters Atmosphäre durch eine Rossby-Welle erzeugt werden, ein Muster, das auch in der Erdatmosphäre und in den Ozeanen zu sehen ist. Das Team stellte fest, dass die Welle, die für die Hot Spots verantwortlich ist, wie ein Karussellpferd auf einem Karussell durch Schichten der Atmosphäre auf und ab gleitet.
"Dies ist das erste Mal, dass jemand die Form mehrerer Hot Spots über einen bestimmten Zeitraum hinweg genau verfolgt. Dies ist der beste Weg, um die Dynamik dieser Funktionen zu erkennen", sagte der Hauptautor der Studie, David Choi, ein Postdoctoral Fellow der NASA Arbeit im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md. Das Papier wird online in der April-Ausgabe der Zeitschrift Icarus veröffentlicht.
Choi und seine Kollegen machten Zeitrafferfilme aus Hunderten von Beobachtungen, die Cassini während seines Vorbeiflugs am Jupiter Ende 2000 gemacht hatte, als sich das Raumschiff dem Planeten am nächsten näherte. Die Filme zoomen auf eine Reihe von Hot Spots zwischen einem der dunklen Gürtel des Jupiter und hellweißen Zonen, ungefähr 7 Grad nördlich des Äquators. Die Studie erstreckt sich über ungefähr zwei Monate (in Erdzeit) und untersucht die täglichen und wöchentlichen Änderungen der Größen und Formen der Hot Spots, von denen jeder durchschnittlich mehr Fläche als Nordamerika abdeckt.
Vieles, was Wissenschaftler über Hot Spots wissen, stammte aus der Galileo-Mission der NASA, bei der 1995 eine atmosphärische Sonde freigesetzt wurde, die in einen Hot Spot abstieg. Dies war die erste und bislang einzige In-situ-Untersuchung der Jupiter-Atmosphäre.
"Galileos Sondendaten und eine Handvoll Orbiterbilder deuteten auf die komplexen Winde hin, die um und durch diese Hot Spots wirbelten, und stellten die Frage, ob es sich im Grunde genommen um Wellen, Zyklone oder etwas dazwischen handelte", sagte Ashwin Vasavada, ein Mitautor des Papiers arbeitet im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, und war während des Jupiter-Vorbeiflugs Mitglied des Cassini-Imaging-Teams. "Cassinis fantastische Filme zeigen jetzt den gesamten Lebenszyklus und die Entwicklung von Hot Spots detailliert."
Da Hot Spots Brüche in den Wolken sind, bieten sie Fenster in eine normalerweise unsichtbare Schicht der Jupiter-Atmosphäre, möglicherweise bis hinunter zu dem Niveau, in dem sich Wasserwolken bilden können. In Bildern erscheinen Hot Spots schattig, aber da die tieferen Schichten wärmer sind, sind Hot Spots bei den Infrarotwellenlängen, bei denen Wärme wahrgenommen wird, sehr hell. Auf diese Weise haben sie ihren Namen erhalten.
Eine Hypothese ist, dass Hot Spots auftreten, wenn große Luftzüge in die Atmosphäre sinken und dabei erhitzt oder austrocknen. Die überraschende Regelmäßigkeit der Hot Spots hat jedoch einige Forscher zu dem Verdacht veranlasst, dass es sich um eine atmosphärische Welle handelt. Typischerweise reihen sich acht bis 10 Hot Spots in ungefähr gleichmäßigen Abständen mit dichten weißen Wolkenfahnen dazwischen aneinander. Dieses Muster könnte durch eine Welle erklärt werden, die kalte Luft nach unten drückt, alle Wolken aufbricht und dann warme Luft nach oben transportiert, wodurch die schwere Wolkendecke in den Federn sichtbar wird. Die Computermodellierung hat diese Argumentation gestärkt.
In den Cassini-Filmen kartierten die Forscher die Winde in und um jeden Hotspot und jede Wolke und untersuchten Wechselwirkungen mit vorbeiziehenden Wirbeln sowie Windgyres oder spiralförmigen Wirbeln, die mit den Hotspots verschmelzen. Um diese Bewegungen von dem Jetstream zu trennen, in dem sich die Hot Spots befinden, verfolgten die Wissenschaftler auch die Bewegungen kleiner „Roller“ -Wolken, ähnlich wie Zirruswolken auf der Erde. Dies war möglicherweise die erste direkte Messung der tatsächlichen Windgeschwindigkeit des Jetstreams, der mit einer Geschwindigkeit von 500 bis 720 Stundenkilometern getaktet wurde - viel schneller als bisher angenommen. Die Hot Spots schlendern im gemächlichen Tempo von 362 Stundenkilometern.
Durch das Herausziehen dieser einzelnen Bewegungen stellten die Forscher fest, dass die Bewegungen der Hot Spots dem Muster einer Rossby-Welle in der Atmosphäre entsprechen. Auf der Erde spielen Rossby-Wellen eine wichtige Rolle beim Wetter. Wenn beispielsweise eine Explosion kalter arktischer Luft plötzlich nach unten fällt und Floridas Ernte einfriert, interagiert eine Rossby-Welle mit dem Polarstrahl und schickt ihn von seinem typischen Kurs ab. Die Welle bewegt sich um unseren Planeten, wandert aber regelmäßig nach Norden und Süden.
Die Welle, die für die Hot Spots verantwortlich ist, umkreist auch den Planeten von West nach Ost, aber anstatt nach Norden und Süden zu wandern, gleitet sie in der Atmosphäre auf und ab. Die Forscher schätzen, dass diese Welle in der Höhe 24 bis 50 Kilometer ansteigen und abfallen kann.
Die neuen Erkenntnisse sollen den Forschern helfen zu verstehen, wie gut sich die von der Galileo-Sonde zurückgegebenen Beobachtungen auf den Rest der Jupiter-Atmosphäre erstrecken. "Und das ist ein weiterer Schritt, um mehr Fragen zu beantworten, die immer noch Hot Spots auf Jupiter betreffen", sagte Choi.
