Stürme auf Uranus und Neptun toben nur flach

Rehovot (Israel) - Der Wetterbericht am Rand unseres Sonnensystems sieht konstant stürmisch aus. Auf allen großen Gasplaneten toben dauerhaft Stürme, die über tausend Kilometer pro Stunde erreichen können. Bislang waren Astronomen sich jedoch uneinig, wie tief in die Atmosphäre hinein diese Windströmungen reichen. Bei Uranus und Neptun konnten Forscher aus Israel und den USA nun feststellen, dass nur die obersten Schichten an den Stürmen beteiligt sind. Nach ihren Messungen reichen die Strömungen höchstens tausend Kilometer tief, schreiben sie im Fachblatt „Nature“. Im Vergleich zum Planetendurchmesser von rund 50.000 Kilometern bei beiden Gasplaneten ist dies aber nur die äußerste Gasschicht, die weniger als ein fünftel Prozent der Gesamtmasse ausmacht.

„Es ist zu berücksichtigen, dass unsere Resultate nur eine obere Grenze angeben“, berichtet Yohai Kaspi vom Weizman Institute of Science in Rehovot. „Die Strömungen könnten also sogar noch flacher sein.“ Die Schwierigkeit bei den Messungen bestand darin, dass nur die obersten paar Dutzend Kilometer der Atmosphäre sichtbar sind. Bis in diese Tiefe können Astronomen die Entstehung und Bewegung von Wolken und Stürmen beobachten. Um einen tieferen Einblick in die Atmosphäre der großen Gasplaneten zu erhalten, müssen entweder Sonden zum Absturz in die Atmosphäre gebracht werden oder indirekte Messungen herhalten.

Die Forscher nutzten deshalb einen Effekt, der beim Vorbeiflug der Raumsonde Voyager-2 an Uranus und Neptun auftrat. Die Schwerkraft der beiden Planeten lenkte Voyager-2 von ihrer Bahn ab. Aus Präzisionsberechnungen, wie genau diese Ablenkung abhängig von der Massenverteilung in beiden Planeten aussah, konnten die Astronomen bestimmen, wie tief die Stürme an ihrer Oberfläche reichen. Zum Vergleich: Der Luftdruck an der Untergrenze dieser Stürme erreicht bis zu 4000 bar und ist damit einige Male höher als der Wasserdruck in den tiefsten Tiefseegräben der irdischen Ozeane.

Uranus und Neptun haben ungefähr den vierfachen Erddurchmesser, sind aber weniger als halb so groß wie die beiden Gasriesen Jupiter und Saturn. Auch auf den beiden letzteren toben gigantische Stürme. Mit der nun vorgestellten Methode lässt sich deren Tiefe theoretisch zwar auch bestimmen, die Messgenauigkeit ist hierfür jedoch noch nicht groß genug. Die Wissenschaftler hoffen deshalb auf die 2011 gestartete NASA-Sonde Juno, die 2016 Jupiter erreichen soll. Ebenso wird die Raumsonde Cassini, die Saturn bereits seit einigen Jahren umkreist, sich kurz vor Ende ihrer Mission 2017 in einen tieferen Orbit begeben und dann die entsprechenden Daten liefern. Der Astronom Peter Read von der Universität Oxford, der an der nun erschienenen Studie nicht beteiligt war, freut sich über die zu erwartenden Messdaten: „Noch vor Ende dieses Jahrzehnts werden wir wissen, wie tief die Windströmungen auf allen vier großen Gasplaneten reichen.“