Warum dreht sich Jupiter so schnell? - Panorama

Von Armin Mair Alle Planeten des Sonnensystems rotieren mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Am untersten Ende liegt die Venus, die für eine vollständige Rotation extrem lange 5.832 Stunden braucht. Auch Merkur braucht aufgrund seiner Nähe zur Sonne und der enormen Gravitationskraft der Sonne 1408 Stunden. Weiter draußen haben die übrigen Planeten eine ähnliche Rotationsgeschwindigkeit. Ein Tag auf dem Mars dauert 25 Stunden, auf dem Saturn 11 Stunden, auf dem Uranus 17 Stunden und auf dem Neptun 16 Stunden. Doch Jupiter ist der schnellste von allen. Sein Äquator dreht sich mit rasanten 43.000 Kilometern pro Stunde, also rund 28-mal schneller als die Erde. Diese Drehung verleiht Jupiter eine besonders große Wölbung: An seinen Polen misst der Planet 134.000 Kilometer, am Äquator sind es 143.000 Kilometer, da der Planet sich wegen der hohen Drehgeschwindigkeit am Äquator nach außen ausdehnt. Warum das so ist und wie man den &bdquo;Spin“ eines Gasriesen wie Jupiter tatsächlich misst, ist eine interessante Frage, die Wissenschaftler erst seit kurzem dank der Ergebnisse einer NASA-Raumsonde namens Juno, die den Jupiter umkreist, beantworten können. Rotation, Rotation, Rotation Die Messung des Spins eines Gasriesen wie Jupiter im Vergleich zu einem Gesteinsplaneten wie der Erde ist ein wenig knifflig. &bdquo;Es ist nicht so, dass man auf die Oberfläche schauen kann“, sagte Ravit Helled von der Universität Zürich in der Schweiz. Jupiter besteht fast vollständig aus Wasserstoff und Helium, ein riesiger Gasball, der im Weltraum rotiert. Woher wissen wir also, wie schnell er sich tatsächlich dreht? Planetensysteme sind in der Galaxie sehr verbreitet. Es ist jedoch noch unbekannt, ob unser Sonnensystem einzigartig ist, und die grundlegenden Fragen &bdquo;Wie entstehen Planeten?“, &bdquo;Wie entwickeln sich Planeten?“ und &bdquo;Woraus bestehen Planeten?“ bleiben wichtige offene Fragen in der Planetenwissenschaft. Die detaillierte Erforschung von Planeten in unserem Sonnensystem und die Entdeckung von Tausenden von Planeten um andere Sterne (Exoplaneten) bietet eine einzigartige Gelegenheit, die Planetentheorie voranzutreiben und eine Brücke zwischen Sonnensystem- und Exoplanetenwissenschaft zu schlagen. Wir befinden uns jetzt in einer Ära, in der umfassendere theoretische Modelle erforderlich sind, um die Fülle an Beobachtungsdaten voll auszuschöpfen und zukünftige Missionen zu leiten. Die Forschung von Ravit Helle umfasst den Ursprung, die Entwicklung und die innere Struktur von Planeten im Sonnensystem und um andere Sterne. Dabei zielt ihre Forschung zielt darauf ab, Riesenplaneten als Klasse planetarer Objekte zu verstehen, und wird häufig zur Interpretation von Messungen von Planeten im Sonnensystem und darüber hinaus verwendet. Deren Teammitglieder umfasst Masterstudenten, Doktoranden und Postdoktoranden. Diese Gruppe ist vielfältig zusammengesetzt, außerordentlich aktiv und international bekannt. Die Teammitglieder stellen sicher, dass deren Wissenschaft mit gutem Geist und in kooperativer Weise betrieben wird. So berechnen sie die physikalischen Bewegungen, indem sie das Magnetfeld der Planeten untersuchen. Dazu messen sie die Radioemissionen der Planeten, können die Drehung deren inneren Magnetfelds berechnen, was denen wiederum die tatsächliche Drehung des Planeten liefert. &bdquo;Wir finden Periodizitäten in den Magnetfeldern“, sagte Helled. &bdquo;Mit derselben Technik können wir auch die Drehungen der anderen Gasriesen messen.“ Juno, das 2016 in die Umlaufbahn um Jupiter eintrat, verwendete ebenfalls Gravitationsmessungen, um zu bestimmen, wie sich Jupiter dreht. Die Raumsonde hat gezeigt, dass die Winde in der äußeren Atmosphäre des Planeten etwa 3.000 Kilometer tief in den Planeten hineinreichen. &bdquo;Jahrzehntelang war nicht bekannt, ob die Winde sehr tief ins Innere eindringen“, sagte Helled, ein Mitglied des Juno-Wissenschaftsteams. &bdquo;Dank Juno konnten wir die Tiefe eingrenzen. Jetzt glauben wir, dass der Planet unterhalb von 3.000 Kilometern eine gleichmäßige Rotation erreicht.“ Die Rotation nimmt zu Woher Jupiter diese Rotationsgeschwindigkeit hat, ist eine weitere wichtige Frage, und die Antwort könnte wieder in den Magnetfeldern des Planeten liegen. Als der Planet vor 4,6 Milliarden Jahren entstand, sammelte er Masse aus der Materialscheibe um die junge Sonne. Mit zunehmender Größe drehte er sich mit zunehmendem Drehimpuls immer schneller, wie ein sich drehender Eisläufer, der in seinen Armen zeichnet. Stürme in Jupiters nördlicher Hemisphäre Doch Jupiter könnte sich tatsächlich schneller drehen. Alle Planeten haben eine Zerfallsgeschwindigkeit, die höchste Geschwindigkeit, mit der sie sich drehen können, bevor der Planet auseinandergerissen wird. Das bedeutet, dass Jupiters Rotationsgeschwindigkeit höchstens einmal alle drei Stunden betragen sollte. Der Grund, warum dies nicht der Fall ist, könnte darin liegen, dass Magnetfelder die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten in seiner frühen Geschichte gebremst haben, sagte Konstantin Batygin vom California Institute of Technology in den Vereinigten Staaten, der die Idee 2018 veröffentlichte. Konstantin Jurjewitsch Batygin (* 1986 in Moskau) ist ein in den USA lebender Astronom russischer Herkunft und Assistant Professor für planetarische Wissenschaft am Caltech. Das Forbes-Magazin wählte ihn 2015 auf die “30-under-30:-Young-Scientists-who-are changing-the-world“-Liste. Eine Arbeit über den hypothetischen Planet Neun, die er zusammen mit Michael E. Brown im Januar 2016 veröffentlichte, erhielt weltweit große Medienresonanz. In seiner frühen Geschichte hätte Jupiter eine Scheibe aus Gas und Staub um sich gehabt, aus der viele seiner Monde entstanden sind. Dieselbe Scheibe &bdquo;spielt eine Schlüsselrolle bei der Gewinnung von Drehimpuls aus Jupiter“, sagte Batygin. &bdquo;Wenn das Gas herumwirbelt und ionisiert wird, koppelt es sich an das Magnetfeld des Jupiters. Und diese Kopplung zwischen dem planetaren Magnetfeld und dem Plasma entzieht dem Planeten Drehimpuls und verlangsamt ihn.“ Tatsächlich könnte dieser Prozess die Rotation des Planeten in seinem frühen Leben sogar auf mehr als einen Erdentag verlangsamt haben, bevor die immense Masse des Planeten ihn dann wieder auf seinen derzeit beobachteten Wert beschleunigte, schneller als die anderen Planeten. &bdquo;Je massereicher er ist, desto schneller sollte er rotieren“, sagte Helled. Andere Welten Die hohe Rotationsgeschwindigkeit des Jupiters hat wichtige Konsequenzen für den Planeten. Sie &bdquo;ermöglicht dramatische atmosphärische Strömungen“, so Batygin, und trägt zu den ikonischen windgetriebenen Bändern bei, die wir heute in der Atmosphäre des Planeten sehen, und sogar zu einigen der Stürme des Planeten, wie seinem riesigen Großen Roten Fleck, der seit Jahrhunderten wütet. &bdquo;Wenn Sie Jupiter bis zum Stillstand verlangsamen würden, würden Sie diese schönen Bänder nicht sehen“, sagte Batygin. Europa über dem Großen Roten Fleck des Jupiters Aufgrund dieser schnelleren Rotation sehen wir auch größere Variationen in der Atmosphäre des Jupiters als bei den anderen Planeten. &bdquo;Wenn es um die Fülle der atmosphärischen Dynamik geht, ist Jupiter definitiv der König der Planeten“, sagte Helled. Andere Planeten, wie Uranus, sehen aufgrund ihrer langsameren Rotation &bdquo;etwas langweiliger“ aus, sagte sie. Das Verständnis der Rotation des Jupiters ist auch der Schlüssel zum Verständnis von Planeten außerhalb des Sonnensystems – Exoplaneten. Obwohl es schwierig ist, die Rotation eines Exoplaneten zu messen, kennen wir einige, die schneller rotieren als Jupiter. Astronomen würden &bdquo;gerne die Trends verstehen, wie die Rotationsrate von der Planetenmasse abhängt, und dies dann mit Entstehungsmodellen verknüpfen“, sagte Helled. Batygin sagte, einer seiner Beweggründe für den Versuch, die Rotation des Jupiters zu verstehen, sei herauszufinden, ob einige Exoplaneten die Zerfallsgeschwindigkeit überschreiten und durch ihre Rotation auseinandergerissen werden könnten. &bdquo;Wie sich herausstellt, scheint das nicht die Norm zu sein“, sagte er. &bdquo;Normal scheint diese Rotation zu sein, die im Vergleich zum Zerfall langsam ist. Und der Grund dafür ist wahrscheinlich, dass man die Magnetfelder ausschalten müsste, damit das passiert.“