Phytoplanktonwirbel auf der Erde und Zyklonwirbel auf Jupiter. (NASA OBPG OB.DAAC/GSFC/Aqua/MODISImage/Gerald Eichstädt) Erde und Jupiter haben nicht viel gemeinsam.
Einer ist relativ klein, felsig und bewohnbar. Der andere ist absolut riesig, völlig ohne Festigkeit und voller gewaltiger Stürme. Wenn man sich jedoch einige Satellitenbilder von marinen Phytoplanktonblüten hier auf der Erde neben Bildern von atmosphärischen Turbulenzen an den Polen des Jupiter ansieht, kann es schwierig sein, sie voneinander zu unterscheiden.
Es ist eine verblüffende Ähnlichkeit, die uns endlich zu einer Antwort auf die Frage geführt hat, was die spektakulären Turbulenzen auf Jupiter verursacht: feuchte Konvektion. Dabei steigt wärmere, weniger dichte Luft auf, und selbst im kleinen Maßstab reicht dies aus, um riesige Wirbelstürme auf dem größten Planeten unseres Sonnensystems auszulösen.
Und faszinierenderweise brauchte es einen Meeresforscher, um den Zusammenhang herzustellen.
„Als ich den Reichtum der Turbulenzen rund um die Jupiter-Zyklone mit all den Filamenten und kleineren Wirbeln sah, erinnerte mich das an die Turbulenzen, die man im Ozean um Wirbel herum sieht.“ sagte die Ozeanographin Lia Siegelman der Scripps Institution of Oceanography.
„Diese sind beispielsweise auf hochauflösenden Satellitenbildern von Planktonblüten besonders deutlich zu erkennen.“
Wirbel auf Erde und Jupiter. (NASA OBPG OB.DAAC/GSFC/Aqua/MODISImage/Gerald Eichstädt)
Vor einiger Zeit wurde feuchte Konvektion als Mechanismus hinter Jupiters Turbulenzen vorgeschlagen, aber wir hatten keinen Zugang zu den ausreichend detaillierten Daten, die für eine Bestätigung erforderlich wären. Dann erschien Juno am Tatort. Seine Umlaufbahn um den Gasriesen führte ihn um die Pole herum und ermöglichte uns die ersten detaillierten Einblicke in diese turbulenten Regionen.
Dort sahen Wissenschaftler eigenartige Ansammlungen von Zyklonen 5.000 Kilometer (3.100 Meilen) Durchmesser, mit kleineren Wirbeln und Filamenten von 100 bis 1.600 Kilometern.
Juno ist mit zwei Kameras – einer optischen und einer Infrarotkamera – mit Auflösungen bis hinunter zu 10 Kilometern ausgestattet. Siegelman und ihre Kollegen analysierten Junos Bilder vom Nordpol des Gasriesen und nutzten die Sequenzen optischer Bilder, um die Bewegungen der Wolken zu verfolgen, die wiederum Schätzungen über Windgeschwindigkeit und -richtung lieferten.
Die Infrarotbilder ermöglichten es ihnen, die Temperaturen dieser Bilder zu sehen; Heißere Regionen stellen dünnere Wolken dar, kühlere Regionen stellen dickere Wolken dar.
Turbulenzen auf Erde und Jupiter. ( NASA OBPG OB.DAAC/GSFC/Aqua/MODISImage/JPL/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt )
Dieser Detaillierungsgrad ermöglichte es dem Team herauszufinden, wie die Turbulenzen entstehen. Sie fanden heraus, dass schnell ansteigende konvektive Aufströmungen heißer, weniger dichter Luft aus Quellen mit einem Durchmesser von weniger als 100 Kilometern Energie nach oben in die riesigen Wirbelstürme übertragen und diese speisen und ernähren. (Obwohl wir, um es ganz klar zu sagen, immer noch nicht wissen, was diese Wirbelstürme auslöst.)
Diese Art der Energieübertragung wurde auf keinem anderen Planeten beobachtet. Interessanterweise ähnelt es idealisierten Studien zur schnellen Rotation Rayleigh-Bénard-Konvektion ; Dabei handelt es sich um Konvektion, bei der eine horizontale untere Flüssigkeitsschicht erhitzt wird und in die darüber liegende kühlere Schicht aufsteigt. Diese Ähnlichkeit stützt das Modell der feuchten Konvektion in den Jupiter-Polarzyklonen.
Diese Entdeckung begann mit der Erde und einer unheimlichen Ähnlichkeit zwischen unserem Heimatplaneten und Jupiter. Es fliegt auch als Bumerang zurück zur Erde: Es könnte möglicherweise Einblicke in unsere eigenen atmosphärischen Prozesse liefern, sagten die Forscher. Windbeobachtungen hier auf der Erde zeigen ein ähnliches kinetisches Energiespektrum wie die Jupiter-Beobachtungen, was darauf hindeutet, dass auf beiden Planeten eine sehr ähnliche Energieübertragung stattfinden könnte.
„Es ist faszinierend, einen so weit entfernten Planeten untersuchen und dort anwendbare Physik finden zu können.“ sagte Siegelman . „Es stellt sich die Frage, ob diese Prozesse auch für unseren eigenen blauen Punkt gelten?“
Zukünftige Untersuchungen werden erforderlich sein, um dies zu bestätigen, aber es könnte letztendlich zu einem besseren Verständnis unseres Heimatplaneten beitragen.
Die Forschung des Teams wurde in veröffentlicht Naturphysik .