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Autor: Ralph-Mirko Richter / 07. Dezember 2013, 16:52 Uhr

Neue Aufnahmen vom Nordpol-Hexagon des Saturn

Kürzlich angefertigte Aufnahmen der Raumsonde Cassini zeigen die Nordpolregion des Saturn und ein dort seit mindestens 33 Jahren aktives, rund 30.000 Kilometer durchmessendes Sturmgebiet. Aus diesen Bildern wurden verschiedene Videosequenzen erstellt.

Quelle: JPL
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NASA, JPL, University of Arizona

Bild vergrößernDiese Aufnahme des langlebigen Sturmgebietes über dem Nordpol des Saturn kombiniert mehrere im infraroten Spektralbereich aufgenommene Einzelaufnahmen des Visual and Infrared Spectrometer (VIMS), einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde Cassini. Die zugrundeliegenden Einzelbilder wurden im Oktober und November 2006 angefertigt.
(Bild: NASA, JPL, University of Arizona)
In der Atmosphäre des zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems, dem rund 120.000 Kilometer durchmessenden Gasplaneten Saturn, geht es recht turbulent zu. Direkt über dessen Nordpol befindet sich das Zentrum eines gigantischen Polarwirbels, welcher einem Durchmesser von fast 30.000 Kilometern aufweist.

Der zentrale Wirbel, welcher sich exakt über der Rotationsachse des Ringplaneten gebildet hat, erstreckt sich über eine Breite von rund 10. 000 Kilometern. Umgeben ist dieses Sturmgebiet von einer Wolkenstruktur, welche die Form eines nahezu regelmäßigen Sechsecks aufweist. Zusätzlich existieren zahlreiche weitere Wirbel im Inneren dieser Struktur. Die größten von ihnen verfügen über Durchmesser von bis zu 3.500 Kilometern und fallen damit mehr als doppelt so groß wie die größten Wirbelstürme auf der Erde aus.

Verursacht wird diese auch als "Nordpol-Hexagon" bezeichnete Struktur durch jetstream-artige Winde, welche sich mit Windgeschwindigkeiten von mehr als 320 Kilometern pro Stunde um das Zentrum des Hexagons bewegen. Unklar ist jedoch, warum sich diese Struktur über dem Nordpol des Saturn bilden konnte, während über dem Südpol kein vergleichbares Phänomen zu beobachten ist. Auch bei den anderen Gasplaneten unseres Sonnensystems wurden bisher keine vergleichbaren Strukturen entdeckt.

"Bei diesem Sechseck handelt es sich um Luftströmungen. Vergleichbare Wetterphänomene zeichnen sich in der Regel durch starke Turbulenzen und eine hohe Instabilität aus", so Andrew Ingersoll vom Cassini Imaging Team am California Institute of Technology in Pasadena/Kalifornien. "Ein Hurrikan auf der Erde existiert normalerweise lediglich über einen Zeitraum von etwa einer Woche. Diese Struktur ist jedoch bereits seit Jahrzehnten, vielleicht sogar schon seit Jahrhunderten aktiv."

NASA, JPL-Caltech

Bild vergrößernDiese Grafik zeigt die wechselnden Verläufe der Flugbahn, auf der sich die Raumsonde Cassini während der Untersuchung des Saturn um den zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems bewegt. Derzeit ist die Flugbahn um etwa 50 Grad gegen die Umlaufbahn des Saturn geneigt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, speziell dessen Polarregionen zu untersuchen.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Erstmals abgebildet wurde das anscheinend mehrere 100 Kilometer in die Tiefe reichende Hexagon in den Jahren 1980 und 1981 von den beiden von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2. Trotz dieses langen Zeitraumes ist es aber immer noch unverändert aktiv. Mittlerweile konnte es auch von der Raumsonde Cassini ausführlicher untersucht werden.

Diese Raumsonde befindet sich seit dem 1. Juli 2004 in einer elliptischen Umlaufbahn um den zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems und untersucht dabei die Atmosphäre, die 62 bisher bekannten Monde und das Ringsystem des Saturn mit 12 wissenschaftlichen Instrumenten. Durch gezielt herbeigeführte Veränderungen der Neigung der Cassini-Flugbahn gegen die Umlaufbahn des Saturn ergeben sich bei der Abbildung des Saturn und von dessen Monden und Ringen immer wieder unterschiedliche Perspektiven.

Begünstigt durch den gegenwärtig immer weiter fortschreitenden Frühling auf der Nordhemisphäre des Saturn und den damit verbundenen besseren Lichtverhältnissen rund um den Nordpol, welcher in den vergangenen Jahren nicht von der Sonne beleuchtet wurde, ergaben sich während der letzten Monate mehrfach Gelegenheiten, um das Nordpol-Hexagon auch im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts abzubilden. Zusätzlich kommt den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern auch die gegenwärtige Flugbahn der Raumsonde zu Hilfe, welche derzeit eine relativ hohe Inklination aufweist und somit einen guten Blick auf die beiden Pole des Saturn gestattet.

NASA, JPL-Caltech, University of Arizona

Das Nordpol-Hexagon des Saturn im infraroten Wellenlängenbereich des Lichts. Die einzelnen Aufnahmen wurden ebenfalls mit dem Visual and Infrared Spectrometer (VIMS) angefertigt und decken einen Beobachtungszeitraum von zwei Stunden und 45 Minuten ab.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona)
Auf diese Weise gelangen den Wissenschaftlern die bisher besten Aufnahmen des Nordpol-Hexagons, welche kürzlich der Öffentlichkeit präsentiert wurden. Auf den angefertigten Bildern sind die Rotation des zentralen Polarwirbels und diverse kleinere Sturmwirbel erkennbar, welche sich rasch bewegen, während das eigentliche Sechseck seine Form und Größe kaum ändert. Im Rahmen dieser Beobachtungen war es erstmals möglich, die Bewegungen der Luftströmungen in dem Sturmgebiet über einen längeren Zeitraum aus einer günstigen Perspektive und in verschiedenen Wellenlängenbereichen des Lichts zu verfolgen und einzelne Strukturen rund um den Nordpol des Saturn näher zu untersuchen.

"Im Inneren des Hexagons befinden sich nur wenige größere Dunstpartikel, dafür aber Konzentrationen von kleineren Partikeln. Außerhalb der Struktur verhält es sich dagegen genau umgekehrt", so Kunio Sayanagi von der Hampton University in Virginia/USA, ein weiterer Mitarbeiter des Cassini Imaging Team. "Der hexagonale Jetstream wirkt dabei wie eine Art Barriere und führt zu etwas, das dem Ozonloch über der Antarktis gleicht."

Auch das Ozonloch über der Antarktis wird von beständig wehenden Winden, welche eine gewissen Ähnlichkeit mit den Winden rund um das Nordpol-Hexagon auf dem Saturn aufweisen, umschlossen und begrenzt. Speziell während der Wintermonate auf der Südhemisphäre der Erde laufen über der Antarktis verschiedene chemische Prozesse ab, welche das dort in der Atmosphäre enthaltene Ozon in seine einzelnen chemischen Bestandteile aufspalten. Die umgebenden Jetstream-Winde verhindern, dass weiteres Ozon nachströmt und die sich bildende "Lücke" - das Ozonloch - auffüllt. Die vergleichbaren Winde auf dem Saturn verhindern, dass größere Dunstpartikel in das Innere des dortigen Nordpol-Hexagons gelangen.

NASA, JPL-Caltech, University of Arizona

Eine weitere Videosequenz des Nordpol-Hexagons, welche ebenfalls auf den VIMS-Daten basiert.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona)
Diese größeren Aerosole bilden sich durch die Bestrahlung der Hochatmosphäre des Saturn mit Sonnenlicht, welches allerdings erst seit etwa vier Jahren den Nordpol des Saturn erreichen kann. Möglicherweise, so die Vermutung der Wissenschaftler, wird die Bildung von größeren Partikeln im Verlauf der nächsten Jahre noch zunehmen.

"Je weiter wir uns der Sommersonnenwende auf dem Saturn im Jahr 2017 nähern, desto mehr werden sich auch die Lichtverhältnisse am Nordpol verbessern. Wir freuen uns schon darauf, diese Veränderungen innerhalb und außerhalb des Hexagons verfolgen zu können", so Scott Edgington, der stellvertretende Projektwissenschaftler der Cassini-Mission am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Bild vergrößernDiese Aufnahme eines über dem Saturn-Nordpols befindlichen Sturmgebietes wurde am 26. Februar 2013 mit der WAC-Kamera aus einer Entfernung von 616.000 Kilometern angefertigt. Am oberen Bildrand sind im Hintergrund gelegene Bereiche des Ringsystems erkennbar.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute)
Aus den verschiedenen Einzelaufnahmen der Raumsonde Cassini haben die an dieser Mission beteiligten Mitarbeiter mehrere Animation erstellt, welche auf den entsprechenden Internetseiten des JPL und der Cassini-Missionsseite abrufbar sind. Die für die Videosequenzen verwendeten Aufnahmen wurden bereits im Dezember 2012 angefertigt.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. Nach dem derzeitigen Planungsstand soll Cassini den Saturn noch bis zum Jahr 2017 erkunden und am 15. September 2017 aufgrund des dann nahezu komplett aufgebrauchten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden.

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