Juno-Mission entdeckt, dass Jupiters Winde in zylindrischen Schichten eindringen

Die von der Juno-Mission der NASA gesammelten Schwerkraftdaten deuten darauf hin, dass die atmosphärischen Winde des Jupiter den Planeten zylinderförmig und parallel zu seiner Rotationsachse durchdringen. Kürzlich erschien ein Papier zu den Ergebnissen veröffentlicht im Tagebuch Naturastronomie.

Die heftige Natur der aufgewühlten Atmosphäre des Jupiter übt seit langem eine Faszination auf Astronomen und Planetenforscher aus, und Juno hat seit seinem Eintritt in die Umlaufbahn im Jahr 2016 einen Sitzplatz am Ring Eine Reihe wissenschaftlicher Instrumente hat unter Jupiters turbulente Wolkendecke geschaut, um herauszufinden, wie der Gasriese von innen nach außen funktioniert.

Eine Möglichkeit, wie die Juno-Mission etwas über das Innere des Planeten erfährt, ist die Radiowissenschaft. Mithilfe der Deep Space Network-Antennen der NASA verfolgen Wissenschaftler das Funksignal der Raumsonde, während Juno mit einer Geschwindigkeit von etwa 130.000 Meilen pro Stunde (209.000 km/h) am Jupiter vorbeifliegt, und messen dabei winzige Geschwindigkeitsänderungen – nur 0,01 Millimeter pro Sekunde. Diese Veränderungen werden durch Schwankungen im Schwerkraftfeld des Planeten verursacht, und durch deren Messung kann die Mission im Wesentlichen in die Atmosphäre des Jupiter blicken.

Solche Messungen haben zu zahlreichen Entdeckungen geführt, darunter die Existenz eines verdünnten Kerns tief im Jupiter und die Tiefe der Zonen und Gürtel des Planeten, die sich von der Wolkendecke etwa 3.000 Kilometer nach unten erstrecken.

Rechnen

Um den Ort und die zylindrische Natur der Winde zu bestimmen, verwendeten die Autoren der Studie eine mathematische Technik, die Gravitationsschwankungen und Oberflächenhöhen von Gesteinsplaneten wie der Erde modelliert. Bei Jupiter kann die Technik zur genauen Kartierung von Winden in der Tiefe eingesetzt werden. Mithilfe der hochpräzisen Juno-Daten konnten die Autoren die Auflösung gegenüber früheren Modellen, die mit Daten der bahnbrechenden Jupiterforscher Voyager und Galileo der NASA erstellt wurden, um das Vierfache steigern.

„Wir haben eine einschränkende Technik angewendet, die für spärliche Datensätze auf terrestrischen Planeten entwickelt wurde, um die Juno-Daten zu verarbeiten“, sagte Ryan Park, ein Juno-Wissenschaftler und Leiter der schwerkraftwissenschaftlichen Untersuchung der Mission vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Dies ist das erste Mal, dass eine solche Technik auf einem äußeren Planeten angewendet wird.“

Die Messungen des Schwerefelds stimmten mit einem zwei Jahrzehnte alten Modell überein, das feststellte, dass sich Jupiters mächtige Ost-West-Zonenströme von den weißen und roten Zonen und Gürteln auf Wolkenhöhe nach innen erstrecken. Die Messungen ergaben aber auch, dass sich die Zonenflüsse nicht wie eine strahlende Kugel in alle Richtungen ausdehnen, sondern zylindrisch nach innen verlaufen und entlang der Richtung der Rotationsachse des Jupiter ausgerichtet sind. Wie die tiefen atmosphärischen Winde des Jupiters aufgebaut sind, wird seit den 1970er Jahren diskutiert, und die Juno-Mission hat die Debatte nun beigelegt.

„Alle 40 von Juno gemessenen Schwerkraftkoeffizienten stimmten mit unseren vorherigen Berechnungen darüber überein, wie das Schwerkraftfeld aussehen würde, wenn die Winde auf Zylindern nach innen dringen“, sagte Yohai Kaspi vom Weizmann Institute of Science in Israel, Hauptautor der Studie und Juno-Mitarbeiter -Ermittler. „Als wir merkten, dass alle 40 Zahlen genau mit unseren Berechnungen übereinstimmten, fühlte es sich an, als würde man im Lotto gewinnen.“

Neben der Verbesserung des aktuellen Verständnisses der inneren Struktur und des Ursprungs von Jupiter könnte die neue Anwendung des Schwerkraftmodells auch dazu genutzt werden, mehr Einblick in die Atmosphären anderer Planeten zu gewinnen.

Juno befindet sich derzeit in einer erweiterten Mission. Neben Vorbeiflügen am Jupiter hat die solarbetriebene Raumsonde eine Reihe von Vorbeiflügen an den Eismonden Ganymed und Europa des Planeten absolviert und befindet sich mitten in mehreren nahen Vorbeiflügen an Io. Der Vorbeiflug an Io am 30. Dezember wird der bislang nächstgelegene sein und sich der von Vulkanen übersäten Oberfläche nur noch etwa 1.500 Kilometer nähern.

„Während Junos Reise voranschreitet, erzielen wir wissenschaftliche Ergebnisse, die wirklich einen neuen Jupiter definieren und die wahrscheinlich für alle Riesenplaneten relevant sind, sowohl innerhalb unseres Sonnensystems als auch darüber hinaus“, sagte Scott Bolton, der leitende Forscher der Juno-Mission am Südwestforschungsinstitut in San Antonio. „Die Auflösung des neu bestimmten Schwerefeldes ähnelt bemerkenswert der Genauigkeit, die wir vor 20 Jahren geschätzt haben. Es ist großartig, eine solche Übereinstimmung zwischen unserer Vorhersage und unseren Ergebnissen zu sehen.“