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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Wie der Jupiter zu seinen Streifen kam |
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| | | Riesenplaneten wie der Jupiter zeichnen sich gegenüber den kleineren Planeten durch ihre charakteristischen Streifen der Atmosphäre aus. Diese "Maserungen" kommen durch das Zusammenwirken von Planetenrotation und Turbulenzen in der Atmosphäre zustande. Eine neue Studie hat dazu ein mathematisches Modell entwickelt. |
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Unterschiede in der Energiedissipation |
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Auf der Erde behindern Turbulenzen, die durch die Sonneneinstrahlung und die Reibung mit der Erdoberfläche verursacht werden, die Strömungen der Atmosphäre und verteilen die von der Sonne bereit gestellte Energie -, die andernfalls zu Bildung zirkulierender, globaler Wolkenstreifen führen würde.
In der dünnen Atmosphäre der Gasplaneten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) hingegen ist die Verteilung der einfallenden Sonnenenergie - die so genannte Energiedissipation - geringer. Sie sammelt sich allmählich in stabilen, planetenweiten Strömungen, die Wolken "anziehen" und so die Planetenstreifen bilden.
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Dissipation
Unter Dissipation oder Energiedissipation wird die Übertragung einer bestimmten, meist makroskopischen Energie auf mikroskopische Energiemengen eines großen Systems verstanden. Verbunden damit ist ein Anwachsen der Entropie dieses Systems. Dissipative Prozesse sind stets irreversibel. Da die dissipierte Energie im allgemeinen nicht nutzbar ist, spricht man auch von Energievergeudung. |
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Mathematisches Modell |
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Dieses Szenario war bekannt. Ein Forscherteam um Boris Galperin von der University of South Florida hat dazu nun ein mathematisches Modell entwickelt, das zeigt, wie aus der Kombination von Planetendrehung und atmosphärischen Turbulenzen großflächige Strukturen - wie die Streifen des Jupiter - resultieren können.
Sie stellten eine Gleichung auf, die die Verteilung der Energie nach verschiedenen Bewegungsmomenten beschreibt, und zu einfachen Formeln der energetischen Eigenschaften der Atmosphäre von Riesenplaneten führt.
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Die Studie ist unter dem Titel "Universal Spectrum of Two-Dimensional Turbulence on a Rotating Sphere and Some Basic Features of Atmospheric Circulation on Giant Planets" in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters (89, 124501) erschienen. |
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 Original-Abstract |
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Äußere Planeten haben bewegtere Atmosphäre |
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Das Modell soll die paradoxe Beobachtung erklären helfen, wonach die äußeren Planeten des Sonnensystems eine stärkere Atmosphärenbewegung aufweisen, obwohl die einfallende Sonnenenergie, die für die Aufrechterhaltung dieser Bewegung nötig ist, bei ihnen geringer ist als bei den anderen Planeten.
Das Team um Galperin meint, dass die Atmosphären weiter von der Sonne entfernter Planeten ihre Energien sogar weniger dissipieren als ihre wärmeren Pendants in Sonnennähe.
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Jupiter
größter Planet des Sonnensystems; mit schneller Rotation und daher starker Abplattung an den Polen. Jupiter hat eine dichte Atmosphäre, in der Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Helium vorherrschen. Die Temperatur beträgt etwa minus 130 Grad C. Dunkle Wolken, in äquatorparallelen Streifen angeordnet, zeigen feine, rasch veränderliche Einzelheiten. Ferner gibt es Wirbelstürme (größte Ausdehnung bisher 40.000 mal 15.000 km). |
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Faszinierende Magnetosphäre des Jupiter |
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Besserer Energiespeicher |
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Obwohl die äußeren Planeten weniger Energie von der Sonne erhalten, können sie mehr davon speichern. Konsequenterweise zeigt die Studie, warum der Neptun die stärkste atmosphärische Zirkulation aller Gasriesen aufweist - obwohl er von ihnen am weitesten von der Sonne entfernt liegt.
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01.01.2010 |
