Es stürmt nicht nur auf der Erde in unserem Sonnensystem. Der größte bekannte Sturm ist als großer roter Fleck auf dem Jupiter zu erkennen. Doch auf seinem Nachbarn Saturn gibt es ebenfalls turbulente Stürme – auch wenn sie dort weniger sichtbar sind. Ein Forschungsteam konnte nun lang anhaltende Megastürme nachweisen, die Jahrhunderte überdauern können, dabei aber viel blasser und weniger farbenfroh sind als die gigantischen Jupiterstürme. 

Diese Megastürme treten auf dem Saturn etwa alle 20 bis 30 Jahre auf und ähneln den Wirbelstürmen auf der Erde. Mit zwei gravierenden Unterschieden: Sie sind wesentlich größer. Und: im Gegensatz zu den Wirbelstürmen auf der Erde weiß noch niemand, was die Megastürme in der Saturnatmosphäre verursacht. Diese bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und enthalten Spuren von Methan, Wasser und Ammoniak.

Das Forschungsteam entdeckte Anomalien in der Konzentration von Ammoniakgas in der Atmosphäre und brachte diese mit dem früheren Auftreten von Megastürmen auf der Nordhalbkugel des Planeten in Verbindung. Das Ammoniak soll demnach durch Niederschlag und Wiederverdunstung von der oberen in die untere Atmosphäre transportiert werden. 

Ein riesiger Sturm beherrscht die eher unscheinbare Oberfläche des Saturn auf einem Bild, das die Raumsonde Cassini am 25. Februar 2011 aufgenommen hat – etwa zwölf Wochen, nachdem der gewaltige Sturm zum ersten Mal in der nördlichen Hemisphäre des Planeten entdeckt worden war. Bildrechte: Nasa, JPL, Space Science Institute

Die Ammoniak-Konzentration war knapp unterhalb der obersten Ammoniak-Eis-Wolkenschicht zu beobachten. Dort war sie zwar nur in geringer Menge vorhanden, reicherte sich aber in niedrigeren Höhen (etwa 100 bis 200 Kilometer) an – ein Effekt, der Hunderte von Jahren andauern kann. 

Jupiter und Saturn bestehen beide überwiegend aus Wasserstoffgas (beim Saturn sind es circa 96 Prozent Wasserstoff, beim Jupiter knapp 90 Prozent); dennoch unterscheiden sich beide Gasriesen bemerkenswert stark. Genau wie der Saturn weist zum Beispiel auch Jupiter Anomalien in der Troposphäre auf, doch sind diese mit den Zonen (weißliche Bänder) und Gürteln (dunkle Bänder) des Planeten verbunden, werden also nicht durch Stürme verursacht. Anders als beim Saturn, bei dem die Stürme für die Anomalien verantwortlich sind. 

Da wundert es nicht, dass einige – nicht an dieser Studie beteiligte – Wissenschaftler Saturn nicht als echten Gasriesen anerkennen. Laut Ravit Helled zum Beispiel vom Zentrum für Theoretische Astrophysik und Kosmologie der Universität Zürich (Schweiz) habe Saturn nie die kritische Masse erreicht, um als echter Gasriese durchzugehen. 

Dieses neueste Bild von Jupiter, aufgenommen am 25. August 2020, als sich der Planet 653 Millionen Kilometer von der Erde entfernt befand. Hubbles scharfe Sicht gibt Forschern einen aktualisierten Wetterbericht über die turbulente Atmosphäre des Monsterplaneten. Bildrechte: NASA / ESA / A. Simon (Goddard Space Flight Center) / M. H. Wong (University of California, Berkeley) / OPAL

Ob sich diese Ansicht durchsetzt, dass Jupiter der einzig wahre Gasriese in unserem Sonnensystem ist, muss sich noch zeigen (beziehungsweise muss erst noch von der astronomischen Fachwelt angenommen werden). Uranus und Neptun zählen wegen ihrer Zusammensetzung jedenfalls nicht zu den Gasriesen, sondern fallen unter die Kategorie der Eisriesen. 

Bereits über vier Jahrzehnte untersucht die mittlerweile emeritierte Professorin Imke de Pater von der University of California in Berkeley die Gasriesen in unserem Sonnensystem, um ihre Zusammensetzung und ihre Einzigartigkeit besser zu verstehen. Sie ist Mitautorin der aktuellen Studie über die Stürme auf dem Saturn. 

Um die Radioemissionen aus dem Inneren des Planeten zu untersuchen, haben de Pater und ihr Team das Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico genutzt, eine Anlage aus 27 einzelnen Radioteleskopen von 25 Metern Durchmesser und einem Gewicht von 230 Tonnen. "Mit Radiowellenlängen forschen wir unterhalb der sichtbaren Wolkenschichten auf Riesenplaneten. Da chemische Reaktionen und Dynamik die Zusammensetzung der Planetenatmosphäre verändern, sind Beobachtungen unterhalb dieser Wolkenschichten erforderlich, um die tatsächliche atmosphärische Zusammensetzung des Planeten einzugrenzen, ein Schlüsselparameter für Planetenentstehungsmodelle", erklärte sie in einer Pressemitteilung. 

Mit der Radioastronomie lassen sich dynamische, physikalische und chemische Prozesse wie Wärmetransport, Wolkenbildung und Konvektion in den Atmosphären von Riesenplaneten beobachten. Dies geschieht sowohl auf der globalen als auch auf der lokalen Ebene. Der beträchtliche Unterschied zwischen Saturn und Jupiter stellt das Wissen der Fachwelt über die Entstehung von Megastürmen auf Gasriesen und anderen Planeten infrage. Und dies könnte zukünftig Aufschluss darüber geben, wie Stürme auf Exoplaneten gefunden und untersucht werden.