Hubble entdeckt ein zehnseitiges Dekagon über dem Südpol des Saturn

Ein neues geometrisches Merkmal am Südhimmel des Saturn

Saturn ist wohl der bekannteste Planet im Sonnensystem, vor allem wegen des gewaltigen Ringsystems, das ihn zur beliebtesten Antwort macht, wenn jemand einen Planeten nennen soll. Doch die Polarregionen des Gasriesen haben sich still und leise zu einem der faszinierendsten Rätsel der Planetenwissenschaft entwickelt. Ein rotierendes sechsseitiges Gebilde wird seit Jahren in der nordpolaren Atmosphäre des Saturn beobachtet. Die Südhalbkugel hingegen hatte nie ein vergleichbares geometrisches Muster gezeigt. Das scheint sich nun geändert zu haben.

Ein internationales Forscherteam berichtet von einem zehnseitigen Wellenmuster, einem Dekagon, das mehrere Schichten der südlichen Atmosphäre des Saturn durchzieht. Die Struktur wird in einer in Science Advances veröffentlichten Studie beschrieben und stellt den ersten Nachweis eines solchen Merkmals in der Südhalbkugel des Planeten dar. Die Arbeit stützt sich auf Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA sowie auf Beobachtungen von erdgebundenen Teleskopen.

Wie die Forscher ihre Daten sammelten

Um das Dekagon zu identifizieren, untersuchte das Team Bilder, die zwischen 2023 und 2025 aufgenommen wurden. Die Hubble-Daten stammen aus dem Programm Outer Planet Atmospheres Legacy, bekannt als OPAL, das 2014 begann. OPAL wurde ins Leben gerufen, um jährliche Aufnahmen der äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu gewinnen, mit dem Ziel, Zusammensetzung, Verhalten und Entwicklung ihrer Atmosphären besser zu verstehen. Dieser stetige jährliche Rhythmus liefert Wissenschaftlern eine langfristige Vergleichsgrundlage, die es überhaupt erst ermöglicht, eine neu auftretende Struktur zu erkennen.

Ein europäischer Partner am Boden

Unterstützt wurden die Weltraumteleskop-Beobachtungen durch Messungen des Calar-Alto-Observatoriums in Spanien. Es ist das größte astronomische Observatorium auf dem europäischen Kontinent, und seine Instrumente halfen dem Team, das Bild der atmosphärischen Aktivität am Südpol des Saturn zu vervollständigen. Die Kombination von orbitalen und erdgebundenen Ansichten verschafft Forschern mehrere Blickwinkel und Wellenlängenabdeckung, was bei der Verfolgung von Wellenmustern nützlich ist, die verschiedene Tiefen in der Wolkendecke eines Planeten umfassen.

Hexagon versus Dekagon

Der Kontrast zwischen den beiden polaren Strukturen des Saturn steht im Mittelpunkt der neuen Studie. Das bekannte nördliche Hexagon hat sechs Seiten, während das südliche Merkmal zehn hat. Beide werden durch die Jetstreams des Saturn erzeugt, doch die Strömungen selbst unterscheiden sich in Stärke und Verhalten.

• Nördliches Hexagon: eine sechsseitige Struktur, angetrieben von Jetstream-Geschwindigkeiten von etwa 320 bis 354 Kilometern pro Stunde, also 200 bis 220 Meilen pro Stunde. Seine Position ist über die Zeit weitgehend unverändert geblieben.
• Südliches Dekagon: eine zehnseitige Struktur, verbunden mit schnelleren Jetstream-Geschwindigkeiten von etwa 400 bis 420 Kilometern pro Stunde, also rund 250 Meilen pro Stunde.
• Vertikale Ausdehnung: Das südliche Dekagon durchzieht mehrere Schichten der Atmosphäre, statt auf einer einzigen Höhe zu liegen.
• Bewegung: Anders als das weitgehend ortsfeste nördliche Hexagon wurde das südliche Dekagon bei einer ostwärtigen Wanderung beobachtet.

Warum der Geschwindigkeitsunterschied von Bedeutung sein könnte

Die nördlichen und südlichen Polarmuster entstehen aus demselben grundlegenden Mechanismus: den schnell wandernden Windbändern, die den Planeten in hohen Breiten umkreisen. Was sich unterscheidet, sind die beteiligten Energien und Geschwindigkeiten. Der südliche Jetstream, der das Dekagon speist, bewegt sich merklich schneller als der nördliche Jetstream, der mit dem Hexagon verbunden ist, und die daraus resultierende Form ist komplexer, mit zwei zusätzlichen Ecken.

Dieser Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit und der Anzahl der Seiten ist einer der Gründe, warum Planetenwissenschaftler diese Merkmale so nützlich finden. Polarwirbel und Jetstreams wirken als natürliche Laboratorien für die Atmosphärendynamik und ermöglichen es Forschern zu testen, wie sich Fluide auf einer rotierenden Kugel unter Bedingungen verhalten, die sich im selben Maßstab in einem irdischen Labor nicht nachbilden lassen.

Ein ostwärts driftendes Muster

Die ostwärtige Wanderung des südlichen Dekagons unterscheidet es von seinem nördlichen Gegenstück. Die Studie merkt an, dass die für diese Bewegung verantwortlichen Prozesse möglicherweise mit der atmosphärischen Umgebung am Südpol zusammenhängen, und die Drift ist einer der Aspekte, die die Forscher für weitere Untersuchungen hervorheben. Eine langfristige Überwachung durch OPAL und ergänzende erdgebundene Kampagnen wird entscheidend sein, um festzustellen, ob die Wanderung stetig, zyklisch oder an jahreszeitliche Verschiebungen gebunden ist, während Saturn seine lange Umlaufbahn durchläuft.

Saturn braucht rund drei Jahrzehnte für eine Umrundung der Sonne, sodass jede Hemisphäre sehr ausgedehnte Jahreszeiten erlebt. Das Zeitfenster von 2023 bis 2025, in dem diese Bilder aufgenommen wurden, erfasst nur einen Ausschnitt dieses Zyklus, was bedeutet, dass das Erscheinungsbild des Dekagons und seine ostwärtige Drift über einen breiteren Beobachtungszeitraum anders aussehen könnten.

Was die Entdeckung Wissenschaftlern lehren könnte

Über die Neuheit eines zehnseitigen Sturms hinaus liefert der Fund einen neuen Datenpunkt für die Untersuchung, wie sich planetare Atmosphären selbst organisieren. Das nördliche Hexagon des Saturn ist seit Jahren Gegenstand der Forschung, und ein zweites, strukturell eigenständiges Polarmuster zum Vergleich zu haben, bietet Wissenschaftlern ein natürliches Experiment. Unterschiede in Jetstream-Geschwindigkeit, vertikaler Struktur und Bewegung zwischen den beiden Hemisphären können helfen, Modelle der atmosphärischen Zirkulation auf Riesenplaneten zu verfeinern.

Diese Arbeit hat Auswirkungen über Saturn hinaus. Dieselbe Fluiddynamik bestimmt die gebänderten Atmosphären von Jupiter und den Eisriesen Uranus und Neptun, die beide Ziele des OPAL-Programms sind. Zu verstehen, warum ein Pol eines Planeten in ein sechsseitiges Muster übergeht, während der andere ein zehnseitiges erzeugt, drängt Forscher dazu, zu untersuchen, wie Rotation, Windscherung und jahreszeitliche Erwärmung an den Polen einer schnell rotierenden Welt zusammenwirken.

Offene Fragen und nächste Schritte

Mehrere Fragen bleiben ungeklärt. Forscher müssen noch bestimmen, wie lange das südliche Dekagon bereits existiert, ob es in früheren Bildern vorhanden, aber unentdeckt war, und was seine ostwärtige Bewegung steuert. Fortlaufende jährliche Aufnahmen durch Hubbles OPAL-Programm, gepaart mit Observatorien wie Calar Alto, werden helfen, Veränderungen der Struktur über die Zeit zu verfolgen.

Die Bilder hinter dieser Forschung entstanden mit Beiträgen der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und des Space Telescope Science Institute, mit Forschern wie Agustin Sanchez-Lavega von der Universität des Baskenlandes, Amy Simon vom Goddard Space Flight Center der NASA und Michael Wong von der UC Berkeley. Die Bildverarbeitung übernahm Alyssa Pagan. Ihr gemeinsamer Einsatz hat einen vertrauten Planeten in eine frische Quelle von Fragen darüber verwandelt, wie sich Atmosphären an den Extremen von Windgeschwindigkeit und Rotation verhalten.

Dieser Artikel basiert auf Berichterstattung von Universe Today. Lesen Sie den Originalartikel.