(NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute) 
Aus der Ferne sieht Saturn aus wie ein ruhiger Gasriese mit atemberaubenden Ringen, der seine Umlaufbahn ohne viel Aufhebens durchläuft. Wenn du so nah heranschleichen wie Cassini Es ist jedoch noch viel mehr los.
A turbulenter sechseckiger Sturm tobt seit mindestens vier Jahrzehnten in der Nähe des Nordpols des Saturn – wir entdeckten ihn erstmals 1981 während der Voyager-Mission. Doch selbst aus der ersten Reihe der Cassini-Sonde sind nur wenige Details zum Saturnsechseck erkennbar.
Ein neues Atmosphärenmodell, das im Labor getestet wurde, legt nun nahe, dass der Sturm sehr tief reicht, möglicherweise Tausende von Kilometern. Dieser Befund könnte helfen zu erklären, warum der Sturm ein relativ stabiles Phänomen geblieben ist, seit wir ihn zum ersten Mal gesehen haben.
(NASA/JPL-Caltech/SSI)
In der Vergangenheit haben direkte Beobachtungen und Laborexperimente zwei führende Hypothesen darüber hervorgebracht, warum der sechseckige Sturm des Saturn existiert.
Einerseits könnte es sich aus flachen, abwechselnden Jets in der Atmosphäre des Gasriesen gebildet haben, die Hunderte von Kilometern tief ist, wo der Druck etwa 10 Bar beträgt und wo das Gas turbulenter ist.
Andererseits könnte es tiefer verwurzelt sein und aus tiefen Zonenjets stammen, die sich Tausende von Kilometern in die Tiefe erstrecken, wo der Druck Zehntausende Male größer ist und wo die Rotation und Topographie des Planeten für Aufregung sorgen könnten.
Tatsächlich kurz vor Cassini hat seinen letzten Sprung gewagt Als wir in den Ruhestand gingen, entdeckten wir, dass die Zonenjets des Saturn ihre Stärke bis in Höhen behalten, in denen der Druck herrscht erstaunliche 100.000 Bars oder mehr . Um das ins rechte Licht zu rücken: Sonnenlicht dringt ein nicht viel tiefer als ein einzelner Balken auf Saturn; Diese Wirbel sind tiefer und stabiler, als sie zunächst erscheinen.
Forscher der Harvard University haben nun simuliert, was mit tiefen turbulenten Konvektionen in einer rotierenden Kugelschale geschieht, und glauben nun, eine plausible Erklärung dafür zu haben, warum das Saturnsechseck existiert.
Ihr 3D-Modell zeigt, dass tiefe thermische Konvektion in den äußeren Schichten von Gasriesen spontan riesige polare Wirbelstürme, heftige alternierende Zonenströmungen und ein Strahlmuster in hohen Breitengraden nach Osten hervorrufen kann.
Darüber hinaus ähneln diese Zonenjets qualitativ und quantitativ denen, die auf dem Saturn beobachtet wurden.
„Die Analyse der Simulation legt nahe, dass selbstorganisierte Turbulenzen in Form riesiger Wirbel den ostwärts gerichteten Strahl einklemmen und vieleckige Formen bilden“, so die Autoren erklären .
„Wir argumentieren, dass ein ähnlicher Mechanismus für die Anregung des sechseckigen Strömungsmusters des Saturn verantwortlich ist.“
Die zeitliche Entwicklung von Strömungslinien aus nördlicher Sicht. (Yadav und Bloxham, PNAS, 2020)
Nun erfasst das Modell des Teams nicht jeden Aspekt der Saturnatmosphäre – es berücksichtigt nur das äußere Zehntel des Planetenradius – und ihre Polarjets bildeten weiterhin Dreiecke statt Sechsecke.
Dennoch sind die Autoren zuversichtlich, dass diese vereinfachte Situation uns dabei helfen kann, einige der auf dem Saturn beobachteten Merkmale herauszufinden, insbesondere jetzt, wo uns Cassini nicht hilft.
In ihren Simulationen entstand ein großer Zyklon mit Mittelpunkt am Nordpol, während sich mehrere kleinere Zyklone etwas nördlich des Äquators zu einem starken Oststrom zusammenschlossen.
Während dieser zentrale Zyklon stark genug war, um die Turbulenzen des Gases nahe der Oberfläche zu überwinden, wurden die umgebenden Wirbel in flacheren Ebenen durch diese Volatilität verdeckt, sodass sie eher wie polygonale Jets als wie Tornados aussahen.
(Yadav und Bloxham, PNAS, 2020).
Über: Verschiedene Ebenen der Atmosphärensimulation vom Nordpol, wobei A am tiefsten und D am flachsten ist.
„Ein ähnliches Szenario kann man sich für Saturn vorstellen, wo die sechseckige Form des Jets durch benachbarte sechs große Wirbel aufrechterhalten wird, die durch die chaotischere Konvektion in den flacheren Schichten verdeckt werden“, so die Autoren schreiben .
Dies könnte der Grund sein, warum einige andere Modelle und Beobachtungen auf eine flachere Jet-Präsenz in einigen Bereichen des Saturn-Sechsecks hinweisen, obwohl die Wahrheit viel weiter unten liegt.
Aber das ist nur ein Proof of Concept, und wir müssen weitaus mehr atmosphärische Daten vom Saturn einbeziehen, damit dieses Modell die Realität besser widerspiegelt. Dennoch scheint es, als wären wir auf dem richtigen Weg.
Die Studie wurde veröffentlicht in PNAS .