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Sternengeschichten Folge 276: Jupiters großer roter Fleck

Nicht alle Planeten haben eine feste Oberfläche wie unsere Erde. Manche Planeten sind gewaltige Kugeln aus Gas und unter den tausende Kilometern dicken Gasschichten ist nirgendwo fester Boden zu finden. Planeten wie Jupiter, der größte Planet unseres Sonnensystems. Auf Jupiter gibt es keine Geografie, nur Meteorologie. Die von außen sichtbare Atmosphäre des Himmelskörpers wird von verschiedenfarbigen Wolkenbändern dominiert. Und von gigantischen Wirbelstürmen. Einer davon ist besonders gigantisch und existiert seit Jahrhunderten: Der große rote Fleck.

Es ist nicht eindeutig geklärt, wer den großen roten Fleck zuerst entdeckt hat. Mit freiem Auge ist er nicht sichtbar, man musste also auf jeden Fall auf die Erfindung des Teleskops im 17. Jahrhundert warten. In der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts wird in der ersten Ausgabe der Zeitschrift Philosophical Transactions über eine teleskopische Beobachtung des englischen Gelehrten Robert Hooke berichtet: Am 9. Mai 1664 habe er im größten der drei den Jupiter umfassenden Wolkenbändern einen kleinen Fleck beobachtet.

War das die erste Entdeckung eines der größten Wirbelstürme die wir kennen? Und mit “groß” ist hier tatsächlich groß gemeint: Heute hat der große rote Fleck eine Länge die dem eineinhalbfachen des Erddurchmessers entspricht! Es handelt sich um ein gewaltiges Hochdruckgebiet, in dem Wolken beständig gegen den Uhrzeigernsinn rotieren; einmal herum in circa sechs Tagen.

Robert Hooke wird heute tatsächlich oft als der Entdecker dieses beeindruckenden Phänomens genannt. Eine genauere historische Analyse legt aber Zweifel nahe, dass es sich dabei wirklich um den heutigen großen roten Fleck handelt. Dazu stimmt die in Hookes Bericht beschriebene Position nicht mit der bekannten Position überein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass den damaligen Berichterstattern ein paar Texte durcheinander gekommen sind und sie Hooke eine Entdeckung zuschrieben, die eigentlich der Franzose Giovanni Cassini gemacht hat. Denn der hatte 1665 ebenfalls von einem großen Fleck in den Wolkenschichten Jupiters berichtet. Und war in der Lage, den gleichen Fleck bis zum Jahr 1713 immer wieder zu beobachten. Jupiter mit einem Fleck ist auch auf einem Gemälde von Donato Creti aus dem Jahr 1711 zu sehen, wo der italienische Maler die damals bekannten Planeten des Sonnensystems aufgrund astronomischer Beobachtungen dargestellt hat.

Definitiv nachgewiesen ist die Existenz des heutigen großen roten Flecks seit dem Jahr 1830. Ob es sich bei dem von Cassini mehr als 100 Jahre zuvor beobachteten Fleck um das gleiche Phänomen handelt, lässt sich heute nicht mehr sagen. So oder so: Seit fast 200 Jahren existiert ein Wirbelsturm in der Atmosphäre von Jupiter der größer als die Erde ist. Das ist beeindruckend genug. Und man fragt sich: Wie kann das sein?

Der große rote Fleck und die Erde im Vergleich (Bild: NASA, Brian0918)

Der große rote Fleck und die Erde im Vergleich (Bild: NASA, Brian0918)

Wirbelstürme gibt es auch auf der Erde. Sie können auch durchaus groß werden – unter Umständen bedecken sie Flächen mit einem Durchmesser von mehr als 1000 Kilometern. Aber sie halten sich höchstens ein paar Wochen in der Atmosphäre der Erde, bevor sie sich wieder auflösen. Der Jupiter ist aber eben nicht die Erde. Hier bei uns entstehen Hurrikane über dem Ozean und lösen sich meistens ziemlich bald auf, wenn sie auf ihrem Weg festes Land erreichen. Dort werden sie abgebremst und die Energie reicht nicht mehr aus, um die gewaltigen Luftwirbel aufrecht zu erhalten. Auf Gasplaneten wie Jupiter gibt es aber kein festes Land. Hier gibt es nur Atmosphäre und da ist nichts, dass einen Wirbelsturm so stark abbremsen könnte. In den Atmosphärenschichten des Jupiters können sich Stürme auch verbinden und so immer größer werden.

Aber selbst dort existieren sie nicht für immer. Beim großen roten Fleck sehen wir Veränderungen. Im 19. Jahrhundert zeigen die Beobachtungen noch eine Länge des Flecks von ungefähr 40.000 Kilometer und eine Breite von 12.000 Kilometer. Als die Voyager-Raumsonde im Jahr 1979 an Jupiter vorbei flog, war der Sturm immer noch knapp 12.000 Kilometer breit aber nur noch ungefähr 25.000 Kilometer lang. Seitdem ist er weiter geschrumpft, auf eine Länge von circa 16.000 Kilometer.

Man hat auch eine leichte Erhöhung der Windgeschwindigkeit beobachtet, die mittlerweile bei etwa 430 Kilometer pro Stunde liegt. Die Position des roten Flecks ist aber in all der Zeit ziemlich gleich geblieben. Er befindet sich stabil zwischen zwei Wolkenbändern auf etwa 22. Grad südlicher Breite.

Wie lange es den großen roten Fleck noch geben wird, lässt sich kaum voraus sagen. Aber noch ist er da und noch kann er erforscht werden. Denn es gibt immer noch viele offene Fragen. Zum Beispiel: Warum ist das Ding rot?
Auf diese Frage gibt es tatsächlich bis jetzt noch keine Antwort. Offensichtlich stammt die Farbe von irgendwas, was sich in der Atmosphäre befindet. Manche Hypothesen gehen davon aus, dass es sich um komplexe organische Moleküle handelt oder um roten Phosphor. Experimente die im Labor durchgeführt werden, untersuchen auch den Einfluss, den hochenergetische UV-Strahlung von der Sonne beziehungsweise kosmische Strahlung auf die Atmosphäre des Jupiters haben. Dadurch könnten chemische Reaktionen stattfinden, die zu einer Rötung der Atmosphäre führen. So ein Sturm wie der große rote Fleck produziert auch jede Menge Wärme, wenn die Luftschichten aufeinander treffen. Aber was die rote Farbe verursacht, ist immer noch unklar – und auch hier gibt es im Laufe der Zeit Veränderungen. Der Sturm ist schon seit einiger Zeit nicht mehr wirklich rot, sondern eher bräunlich/lachsfarben.

Der große rote Fleck und zwei weitere Wirbelstürme (Bild: NASA, ESA, and M. Wong and I. de Pater (University of California, Berkeley))

Der große rote Fleck und zwei weitere Wirbelstürme (Bild: NASA, ESA, and M. Wong and I. de Pater (University of California, Berkeley))

Im Juli 2017 ist die Raumsonde Juno der NASA in nur 3400 Kilometer Entfernung von Jupiters Atmosphäre am großen roten Fleck vorbei geflogen. Die dabei gewonnenen Daten haben uns einen ganz neuen Blick auf das Phänomen eröffnet. Dass die Wolkenschichten des Wirbelsturms bis zu acht Kilometer über die umliegenden Atmosphärenschichten hinauf reichen, war schon bekannt. Die Messungen von Juno haben aber auch gezeigt, dass der große rote Fleck tiefreichende “Wurzeln” hat. Der Sturm reicht bis zu 300 Kilometer hinab in die Atmosphäre des Jupiters (also mehr als 100 mal tiefer als die Ozeane der Erde hinab reichen). In den unteren Bereichen ist der große rote Fleck auch viel wärmer als weiter oben.

Wenn man mit dem Teleskop den Jupiter betrachtet, dann sieht der große rote Fleck eher ruhig und behäbig aus. In Wahrheit ist es aber eines der turbulentesten und gewaltigsten Wetterphänomene, das wir kennen. Die Atmosphäre des Riesenplaneten ist dort beständig in Bewegung und es sollte uns nicht wundern, dass auch der gesamte Wirbelsturm in Veränderung begriffen ist. Wie die Zukunft des Sturms aussehen wird, wissen wir nicht. Aber es ist nicht damit zu rechnen, dass alles so bleibt wie es ist. In den letzten Jahrzehnten haben Astronomen immer wieder ähnliche Wirbelstürme in der Atmosphäre des Jupiters auftauchen und verschwinden sehen. Gleiches hat man auch bei den anderen Gasplaneten des Sonnensystems beobachtet. Irgendwann wird auch der große rote Fleck sein Ende finden. Bis dahin gehört er aber mit Sicherheit zu den vielen faszinierenden Sehenswürdigkeiten, die unser Sonnensystem zu bieten hat!

Kommentare (27)

  1. #1 schlappohr
    9. März 2018

    “Die Position des roten Flecks ist aber in all der Zeit ziemlich gleich geblieben.”

    Das bringt mich zu der Frage, wie man die Position eines Objekts auf einem Gasplaneten bestimmt. Der Breitgrad lässt sich anhand der Pole festlegen, aber was ist mit dem Längengrad? Aufgrund der nicht vorhandenen Geografie kann man ja keinen sinnvollen Nullmeridian definieren.

  2. #2 Captain E.
    9. März 2018

    “Nirgendwo ist fester Boden zu finden?” So genau lässt sich das ja auch nicht sagen. Vielleicht gibt es einst so etwas ähnliches wie einen Gesteinsplaneten im Zentrum von Jupiter, vielleicht gab es so etwas auch nur und er hat sich seither in der Atmosphäre aufgelöst. Oder die festeren Bestandteile haben sich von Beginn so fein verteilt, dass das festeste am Jupiter metallischer Wasserstoff ist.

    Aber was heißt schon “fest”? Würden wir den inneren Erdkern als etwas festes betrachten, wenn wir ihn selber sehen könnten? Oder ist die Materie dort unten bereits so merkwürdig, dass “fest” einfach nur jenes Adjektiv ist, das besser passt als die möglichen Alternativen?

  3. #3 pederm
    9. März 2018

    Für den Erdkern ist das (durch seismische Beobachtungen) beantwortet: Der innere Erdkern ist fest, umgeben vom flüssigen äußeren Kern, der definitiv ebenfalls metallisch ist. Die Materie ist da nicht merkwürdig (nur ziemlich ungemütlich heiß, das tät also weiß leuchten, wenn wir´s sehen könnten). Bei flüssig und fest gibt´s auch keinen kritischen Punkt (Temperatur/Dichte/Druck), ab dem die Eigenschaften der beiden Phasen identisch wären.

  4. #4 Florian Freistetter
    9. März 2018

    @Captain: “So genau lässt sich das ja auch nicht sagen.”

    Doch. Man kann sehr genau sagen, dass es auf Jupiter keinen Boden gibt, auf dem man stehen und die Atmosphäre über sich betrachten könnte…

  5. #5 Nele Abels
    Dortmund
    9. März 2018

    Ich mag den Jupiter. Als Kind, als ich so mit 10 Jahren entsprechende Bücher über Planeten aus der Dorfbibliothek ausgeliehen habe, habe ich mir immer Geschichten zusammengeträumt, dass ich mit einer Raumkapsel in die Atmosphäre des Jupiter eintauche und was ich da so erlebe.

    In der Folge habe ich einfach mehr gelesen und mehr gelernt. :)

  6. #6 pane
    9. März 2018

    @pederm: “Die Materie ist da nicht merkwürdig”

    Die Brechung seismischer Wellen ist zwischen flüssigen Erdkern und festen Erdmantel größer als zwischen Erdkruste und Atmosphäre. Das kann ich mir nur schlecht vorstellen.

  7. #7 Captain E.
    9. März 2018

    @Florian Freistetter:

    Doch. Man kann sehr genau sagen, dass es auf Jupiter keinen Boden gibt, auf dem man stehen und die Atmosphäre über sich betrachten könnte…

    Hat die Venus dann auch keinen Boden? Angesichts von Temperatur und Druck kann man sich da auch nicht hinstellen und die Atmosphäre betrachten. Auf dem Grund der irdischen Meere, Flüsse und Seen ist das übrigens ähnlich schwierig, selbst wenn man den Aufenthalt dort für eine gewisse Zeit überleben kann.

    Wenn wir den Gedanken für den Jupiter weiterspinnen, dann gibt es sehr viele Stellen, wo es unmöglich wäre, die Atmosphäre über (oder unter) sich zu betrachten, einfach weil von der lokalen Atmosphäre dermaßen viel vorhanden ist, dass die anderen Schichten nicht sichtbar sein dürften. Von der Unmöglichkeit, in der Jupiter-Atmosphäre zu stehen oder auch nur überleben, wollen wir da gar nicht sprechen.

    Ich schätzt, das Problem ist ohnehin, dass unsere gewohnten Begriffe dort einfach nicht zutreffen. Metalle im chemischen Sinne sind auf dem Jupiter auch Metalle, aber liegen sie rein vor oder als Oxide oder Salze? Dafür könnte es auf dem Jupiter an vielen Stellen zu heiß sein, so dass die Molekülverbindungen nicht existieren können. Überhaupt dürfte es viele Mineralien, die wir so als “festen Boden” ansehen, nicht geben. Aber gibt es Reinstoffe in irgendwelchen Ansammlungen oder ist alles in der dicken Suppe gelöst, die wir “Jupiter-Atmosphäre” nennen? In irgendeinem Wissenschaftsmagazin gab es doch vor einiger Zeit einen Artikel darüber, dass sich im Inneren des Jupiters etwas geben könne, das man für sich alleine “Gesteinsplanet” nennen könnte – und der wäre dabei, sich wie eine Brausetablette in einem Glas Wasser aufzulösen. Oder er wäre bereits “weg”.

  8. #8 Alderamin
    9. März 2018

    @Florian, Captain E.

    Einen direkt festen Boden hat Jupiter sicher nicht, weil das Gas mit zunehmender Tiefe einfach dichter wird, bis es die Dichte von Gestein erreicht. Gestern las ich von den jüngsten Ergebnissen der Juno-Mission und dass man fand, dass die atmosphärischen Wirbel und die differenzielle Rotation bis in 3000 km Tiefe reichen sollen und darunter das Gas ionisiert sei und daher wie ein solider Körper rotiere, da Magnetfelder im Gas differenzielle Bewegung abbremsten. Da ist also gewissermaßen die Atmosphäre “zu Ende” und es existiert eine “Oberfläche”, ungefähr im gleichen Sinne wie die Sonne eine Oberfläche (Photosphäre) hat.

  9. #9 Alderamin
    9. März 2018

    @schlappohr

    “Die Position des roten Flecks ist aber in all der Zeit ziemlich gleich geblieben.”

    Das bringt mich zu der Frage, wie man die Position eines Objekts auf einem Gasplaneten bestimmt. Der Breitgrad lässt sich anhand der Pole festlegen, aber was ist mit dem Längengrad? Aufgrund der nicht vorhandenen Geografie kann man ja keinen sinnvollen Nullmeridian definieren.

    Abgehen davon, dass hier nur der Breitengrad gemeint sein kann – damals gab es noch kein Längengradsyste auf dem Jupiter – gibt es heute deren gleich 3 und die beruhen, wie man an der Berechnung erkennt, einfach auf den für gewisse Breiten gemessenen Rotationsdauern. Man legt einen Startzeitpunkt fest, wann 0° Länge genau in der Mitte des Planeten liegen und nach einer ganzzahligen Zeit von Rotationsdauern der zugrundeliegenden Wolkenschicht ist wieder 0° in der Planetenmitte. Zur Angabe der Position oder Bewegung von Strukturen, die ohnehin nicht ewig Bestand haben, reicht das offenbar in dieser Genauigkeit aus.

  10. #10 Florian Freistetter
    9. März 2018

    @CaptainE: Alles was ich ausdrücken wollte war zu beschreiben, dass Jupiter nicht die Erde ist, mit nem festen Boden und ner dünnen Atmosphäre. Das was du meinst war jetzt nicht Thema des Podcasts (das fällt wieder unter die Kategorie “Tyrannei der Präzision”). Und die Frage die du meinst sollte auch nicht “Gibt es einen festen Boden” lauten sondern “Hat Jupiter einen festen Kern?” Die hab ich hier beantwortet: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2015/06/01/haben-planeten-wie-jupiter-und-saturn-eine-feste-oberflaeche-bzw-einen-festen-kern/?all=1

  11. #11 schlappohr
    9. März 2018

    @Alderamin
    Das setzt natürlich voraus, dass Wolkenstrukturen während einer Umdrehung hinreichend stabil bleiben. Auf der Erde wäre das nicht der Fall. Man könnte natürlich einfach den Mittelpunkt des GRS als 0° definieren, und gut ist :-)
    Interessant finde ich das System III: Radiobursts aus dem Kern… weiß man, wodurch die verursacht werden?

  12. #12 Captain E.
    9. März 2018

    @Florian Freistetter:

    Na, das ist mal klar – der Jupiter ist ziemlich anders als unsere Erde. Im Grunde hat wohl Jupiter eher einen “festen Boden” als einen “festen Kern”, spätestens dort, wo der Wasserstoff metallisch wird und das Gas nicht mehr differentiell rotiert. Um auf den Großen Roten Fleck zurück zu kommen: Der geht doch ziemlich tief runter. Wirbelt er dann wohl die Schicht, wo der Jupiter eher fest wird, auf? Entsteht damit also quasi ein Loch, in das die umgebende Atmosphäre hineinfließt (und dann vermutlich in die Höhe gerissen wird)?

  13. #13 Alderamin
    9. März 2018

    @Captain E.

    Das steht alles in einem neuen Artikel von Emily Lakdawalla:

    – der große Rote Fleck geht 300 km tief
    – die Atmosphäre, die nicht solide rotiert, geht 3000 km tief
    – da ist sie aber flüssig, nicht fest.

    Und da der rote Fleck ein Antizyklon ist, fließt da keine Luft rein, sondern vielmehr raus, sie steigt auf und wirbelt nach außen, wie in unseren Hochdruckgebieten. Es ist also eigentlich kein Wirbelsturm im strengsten Sinne des Wortes (etwas entsprechendes gibt es auf der Erde aber wohl auch nicht; das Wettergeschehen auf Jupiter wird eher aus der inneren Wärme gespeist als vom Sonnenlicht und dem Wasserkreislauf, wie auf unserer Erde).

  14. #14 Captain E.
    9. März 2018

    Der Große Rote Fleck ist also ein Phänomen der ganz sicher gasförmigen oberen Schicht des Jupiters. Die Zone des Übergangs zum eher flüssigen oder noch tiefere Schichten berührt er bei weitem nicht.

    Aber warum gibt es an dieser einen Stelle diese innere Wärme, die ihn bereits so lange wirbeln lässt? Was tut sich da im Jupiter und von wie tief unten kommt es? Da gibt es vermutlich auch nur Spekulationen, oder? Wenn überhaupt…

  15. #15 SkeptikSkeptiker
    9. März 2018

    @Alderamin
    “sie steigt auf und wirbelt nach außen, wie in unseren Hochdruckgebieten”
    Ist das bei “unseren” Hochdruckgebieten nicht gerade umgekehrt – Luft sinkt nach unten?

  16. #16 Alderamin
    9. März 2018

    @SkeptikSkeptiker

    Völlig korrekt, im Hochdruckgebiet wird Luft nach unten gedrückt, deswegen ist der Druck ja höher. Und sie strömt nach außen, eben weil der Druck höher ist. Und das tut sie auch im Großen Roten Fleck. Da sinkt die Luft also wieder ab.

  17. #17 Alderamin
    9. März 2018

    @Captain E.

    Aber warum gibt es an dieser einen Stelle diese innere Wärme, die ihn bereits so lange wirbeln lässt? Was tut sich da im Jupiter und von wie tief unten kommt es?

    Nachdem geklärt ist, dass die Luft dort absinken muss: es ist wohl keine bestimmte warme oder kalte Stelle am Ort des Flecks, sondern es hat sich einfach ein Wir‌bel gebildet, der sehr lan‌glebig ist und von den benachbarten Z‌onen und Gü‌rtel, die geg‌nläufig sind, in Gang gehalten wird. Die Wärme steigt in den Zonen auf und Am‌moniak kond‌ensiert zu hellen Wo‌lken, während sie in den dunklen Gü‌rteln absinkt, die des‌wegen wolk‌enarm sind. Die immense Cori‌oliskraft sorgt beim Übe‌rgang zwischen aufsteigender und absinkender Luft dafür, dass diese zu Bänd‌ern mit gegenläufigem Si‌nn auseinander gezogen werden, statt wie auf der Erde W‌irbel zu bilden. So entstehen die Str‌eifen in der Atm‌osphäre. Und deswegen ist der rote Fleck auch dunkel, weil die Luft dort bis in tiefere Schi‌chten klar ist.

    Die Wär‌me stammt wohl hauptsächlich aus einem nach den Erfind‌ern Ke‌lvin-Helm‌holtz-Kontr‌aktion genannten Pro‌zess, der durch die Grav‌itation und die Abkü‌hlung des Planeten angetrieben wird; wenn der Planet außen abkühlt, sinkt der Atmosph‌ärendruck, das G‌as sinkt ab, was den Dru‌ck in der Tie‌fe erhöht und das G‌as durch Kompre‌ssionswärme aufheizt. Daneben könnte auch noch Wä‌rme aus der Entste‌hungszeit oder aus radio‌aktivem Ze‌rfall im Inn‌eren stammen.

  18. #18 bruno
    9. März 2018

    Passend zum Thema!
    Irgendwas Festes scheint da zu sein…
    Spektrum:

    Seine Windbänder reichen demnach bis tief hinunter zu einem festen Kern.

    http://www.spektrum.de/news/jupiters-geheimnis-unter-der-oberflaeche/1549567

  19. #19 Captain E.
    9. März 2018

    @bruno:

    Gewagte Aussage! Da geht es vielleicht bis tief hinunter zu einem festen Kern, von dem man gar nicht weiß, ob es ihn (noch) gibt. Tja, der olle Göttervater gibt seine Geheimnisse nur zögerlich preis.

  20. #20 Captain E.
    9. März 2018

    @Myself:

    Das “feste” ist wohl die oben schon erwähnte Schicht bei Kilometer 3000.

  21. #21 Alderamin
    9. März 2018

    @Captain E.

    Ein anderes Untersuchungsergebnis von Juno war, dass es anscheinend keinen festen Kern gibt, sondern einen “fuzzy core“, der irgendwie aufgelöst sei.

  22. #22 Dampier
    9. März 2018

    dass der große rote Fleck tiefreichende “Wurzeln” hat. Der Sturm reicht bis zu 300 Kilometer hinab in die Atmosphäre des Jupiters

    So viel ist das gar nicht. Würde man den Fleck auf die Größe einer CD schrumpfen (ca. 16 x 12 cm), wäre er etwa 3 mm tief.

  23. #23 Dampier
    9. März 2018

    Hier nochmal das schöne Gemälde von Donato Creti, welches im Text erwähnt wurde:

    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/53/Donato_Creti_-_Astronomical_Observations_-_06_-_Jupiter.jpg

  24. #24 Dampier
    9. März 2018

    @Florian, bitte um Freischaltung meines zweiten Posts (Kommentarlos verschwunden). Danke :]

  25. #25 gcorp
    9. März 2018

    Die Geschwindigkeit des Sturms ist 430 km pro Sekunde?
    Du meintest wahrscheinlich 430 km pro Stunde.

  26. #26 Marco
    St.Gallen
    10. März 2018

    “Der Sturm reicht bis zu 300 Kilometer hinab in die Atmosphäre des Jupiters (also mehr als 100 mal tiefer als die Ozeane der Erde hinab reichen)”
    Das würde ich so nicht unterschreiben. Die tiefte bekannte Stelle ist 11034m tief und selbst die durchschnittliche Meerestiefe (3800m) ist mehr als 1/100 von 300km.

  27. #27 Dirk
    12. März 2018

    @Alderamin
    Auf dem Jupiter gibt’s Luft™?! 😎

    Nee, mal im Ernst. Auch wenn’s Off-Topic ist:
    Wie ist eigentlich Luft™ definiert?
    Fällt darunter nur die™ Gasmischung, welche uns Menschen am Leben hält?

    Oder anders herum gefragt, wann ist Luft keine Luft mehr?