JupiterDer Große Rote Fleck ist ein riesiger Wirbel, der seit mindestens 190 Jahren existiert. Jüngste Studien deuten darauf hin, dass er sich von einem zuvor beobachteten Ort unterscheidet, und Simulationen untersuchen, wie Jupiters Winde ihn geformt haben könnten. Der Große Rote Fleck schrumpft und zukünftige Forschungen werden sich auf seine Nachhaltigkeit und seinen möglichen Zerfall in der Zukunft konzentrieren.

Der Große Rote Fleck auf Jupiter ist eines der bekanntesten Merkmale im Sonnensystem. Diese massive atmosphärische Struktur, die sich derzeit über einen Durchmesser erstreckt, der dem der Erde entspricht, ist leicht an ihrer auffälligen rötlichen Farbe zu erkennen, die einen scharfen Kontrast zu den hellen Wolkendecken des Jupiter bildet. Selbst kleine Teleskope können sein unverwechselbares Aussehen einfangen. Der Große Rote Fleck ist ein riesiger antizyklonaler Wirbel, an dessen Außenrändern Windgeschwindigkeiten von bis zu 450 km/h herrschen. Er trägt den Titel des größten und langlebigsten Wirbels in der Atmosphäre eines Planeten in unserem Sonnensystem. Das genaue Alter des Großen Roten Flecks ist jedoch immer noch umstritten, und die Prozesse hinter seiner Entstehung bleiben ein Rätsel.

Spekulationen über den Ursprung des GRS gehen auf die ersten Teleskopbeobachtungen des Astronomen Giovanni Domenico zurück Cassinider 1665 ein dunkles Oval auf dem gleichen Breitengrad wie das GRS entdeckte und es Permanent Spot (PS) nannte, wo es von ihm und anderen Astronomen bis 1713 beobachtet wurde.

Anschließend blieb es 118 Jahre lang verschollen und wurde erst ab 1831 von S. entdeckt. Wieder Schwabe, ein auffälliges Bauwerk, etwa oval geformt und auf dem gleichen Breitengrad wie das große Sternbild der Rabenvögel; Dies kann als die erste Beobachtung der aktuellen Konstellation des Großen Raben und möglicherweise einer entstehenden Konstellation des Großen Raben angesehen werden. Seitdem wird das Sternbild „Großer Krähe“ regelmäßig mit Teleskopen und von verschiedenen Weltraummissionen beobachtet, die den Planeten bis heute besuchen.

Analyse der Entwicklung von GRS

In der Studie analysierten die Autoren zunächst die zeitliche Entwicklung seiner Größe, seine Struktur und die Bewegungen beider atmosphärischer Formationen, des ehemaligen PS und des GRS; Dazu nutzten sie historische Quellen aus der Mitte des 17. Jahrhunderts, kurz nach der Erfindung des Teleskops.

„Aus Größen- und Bewegungsmessungen kommen wir zu dem Schluss, dass es äußerst unwahrscheinlich ist, dass der heutige rote Fleck der von J. D. Cassini beobachtete PS-Fleck ist. Der PS-Fleck ist wahrscheinlich irgendwann zwischen der Mitte des 18. und 19. Jahrhunderts verschwunden. In diesem Fall können wir sagen dass die Lebensdauer des Ortes Alhambra jetzt mindestens 190 Jahre beträgt“, erklärte Agustín Sánchez La Vega, Professor für Physik an der UPV/EHU, der diese Forschung leitete. Der Rote Fleck, der 1879 an seiner längsten Achse eine Länge von 39.000 km hatte, ist heute auf etwa 14.000 km geschrumpft und gleichzeitig rundlicher geworden.

Aktuelle Ergebnisse und Simulationsstudien

Darüber hinaus haben mehrere Weltraummissionen seit den 1970er Jahren dieses atmosphärische Phänomen eingehend untersucht. Kürzlich erklärte Sánchez La Vega, dass „verschiedene Instrumente an Bord der Juno-Mission im Orbit um Jupiter gezeigt haben, dass die Erdatmosphäre im Vergleich zu ihren horizontalen Abmessungen, etwa 500 Kilometer vertikal, flach und dünn ist.“

Um herauszufinden, wie sich dieser massive Wirbel bildete, führten die UPV/EHU- und UPC-Teams numerische Simulationen auf spanischen Supercomputern wie dem MareNostrum IV von BSC, Teil des spanischen Supercomputing Network (RES), durch, wobei sie zwei komplementäre Modelle des Verhaltens dünner Wirbel verwendeten Jupiters Atmosphäre. Der Riesenplanet wird von starken Windströmungen dominiert, die entlang der Breitengrade strömen und sich in ihrer Richtung mit dem Breitengrad abwechseln. Nördlich des GRS weht der Wind aus westlicher Richtung mit einer Geschwindigkeit von 180 km/h, während er im Süden in die entgegengesetzte Richtung, also aus östlicher Richtung, mit einer Geschwindigkeit von 150 km/h weht. Dies erzeugt eine massive Nord-Süd-Scherung der Windgeschwindigkeit, ein Schlüsselelement, das das Wachstum des Wirbels in ihm ermöglicht.

Im Rahmen der Forschung wurde eine Reihe von Mechanismen untersucht, um die Entstehung des GRS zu erklären, einschließlich des Ausbruchs eines riesigen Supersturms, ähnlich denen, die auf den Zwillingsplaneten selten beobachtet werden. SaturnOder die Verschmelzung mehrerer kleinerer Wirbel, die durch Windscherung entstehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich zwar in beiden Fällen ein Hochdruckgebiet bildet, dieses sich jedoch in Form und dynamischen Eigenschaften von denen im heutigen GRS unterscheidet. „Wir glauben auch, dass Astronomen, wenn eines dieser ungewöhnlichen Phänomene aufgetreten ist, es oder seine Folgen in der Atmosphäre beobachtet und zu diesem Zeitpunkt gemeldet haben müssen“, sagte Sánchez La Vega.

Numerische Simulation und zukünftige Forschung

In einer dritten Reihe numerischer Experimente untersuchte das Forscherteam, wie dieser rote Fleck aus einer bekannten Instabilität des Windes entsteht, von dem man annimmt, dass er in der Lage ist, eine rechteckige Zelle zu erzeugen, die ihn umhüllt und einfängt. Diese Zelle würde als entstehende rote Makula dienen, deren anschließende Kontraktion zur schnell rotierenden kompakten roten Makula führen würde, die im späten 19. Jahrhundert beobachtet wurde. Die Bildung großer rechteckiger Zellen wurde bereits bei der Entstehung anderer großer Wirbel auf Jupiter beobachtet.

„In unseren Simulationen konnten wir mithilfe von Supercomputern entdecken, dass lange Zellen stabil sind, wenn sie mit der Geschwindigkeit der Jupiterwinde um das GRS kreisen, was bei ihrer Entstehung aufgrund dieser Instabilität zu erwarten wäre“, sagte Enrique Garcia Melendo, ein Forscher in der Studie Fachbereich Physik der University of Pittsburgh. Unter Verwendung zweier unterschiedlicher Arten von numerischen Modellen, eines am UPV/EHU und das andere an der University of Pittsburgh, kamen die Forscher zu dem Schluss, dass das primäre GRS zerbrechen würde, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des primären GRS geringer wäre als die Umgebungswindgeschwindigkeit die Bildung eines stabilen Wirbels unmöglich. Wenn er zu hoch ist, weichen die Eigenschaften des anfänglichen GRS von den Eigenschaften des aktuellen GRS ab.

Zukünftige Forschungen werden versuchen, die Kontraktion der Sonnenatmosphäre im Laufe der Zeit zu reproduzieren, um die physikalischen Mechanismen zu entdecken, die ihrer Nachhaltigkeit im Laufe der Zeit zugrunde liegen. Gleichzeitig wird versucht, vorherzusagen, ob die Heliosphäre zerfällt und verschwindet, wenn sie eine Größenbeschränkung erreicht, wie es bei Cassinis Heliosphäre der Fall war, oder ob sie sich auf einer Größenbeschränkung stabilisiert, die möglicherweise noch viele Jahre anhält.

Referenz: „Der Ursprung des Großen Roten Flecks des Jupiter“ von Agustín Sánchez-La Vega, Enrique Garcia-Melendo, John Lejareta, Arnau Miro, Manel Soria und Kevin Ahrens-Velasquez, 16. Juni 2024, Geophysikalische Forschungsbriefe.
DOI: 10.1029/2024GL108993