Spektakuläre Wolken wirbeln über die Oberfläche des Jupiter. Diese Wolken enthalten Wasser, ähnlich wie auf der Erde, sind aber auf dem Gasriesen erheblich dichter—so dicht, dass kein Raumfahrzeug bisher genau messen konnte, was sich darunter verbirgt.

Eine neue Studie, die von Wissenschaftlern der Universität Chicago und des Jet Propulsion Laboratory geleitet wurde, bietet uns jedoch einen tieferen Einblick in den Planeten, indem das umfassendste Modell der Jupiteratmosphäre bis dato erstellt wurde.

Unter anderem geht die Analyse einer langjährigen Frage nach, wie viel Sauerstoff der Gasriese enthält: Es wird geschätzt, dass Jupiter etwa 1,5-mal mehr Sauerstoff hat als die Sonne. Dies hilft Wissenschaftlern, ein klareres Bild davon zu bekommen, wie alle Planeten im Sonnensystem entstanden sind.

„Dies ist eine langjährige Debatte in der Planetenforschung,“ sagte Jeehyun Yang, ein Postdoktorand an der UChicago und Hauptautor der Studie. „Es ist ein Beweis dafür, wie die neueste Generation von Computermodellen unser Verständnis anderer Planeten verändern kann.“

Die Studie wurde am 8. Januar im The Planetary Science Journal veröffentlicht.

Wolken und Chemie

Wir wissen seit mindestens 360 Jahren von Jupiters stürmischem Himmel—damals dokumentierten Astronomen mit frühen Teleskopen einen auffälligen, großen dauerhaften Fleck auf der Oberfläche des Jupiter.

Der Große Rote Fleck ist ein gigantischer Sturm, der doppelt so groß wie die Erde ist und seit Jahrhunderten wirbelt. Er ist nur einer von vielen auf dem Planeten, da heftige Winde und tiefe Wolken dazu führen, dass die gesamte Oberfläche Jupiters mit einem Kaleidoskop von Stürmen bedeckt ist.

Was wir jedoch nicht genau wissen, ist, was sich unter diesen Stürmen verbirgt. Die Wolken sind so dicht, dass die NASA-Raumsonde Galileo 2003 den Kontakt zur Erde verlor, als sie in die tiefere Atmosphäre eintauchte. Die nächste Mission, die Jupiter besuchen soll, Juno, katalogisiert den Planeten derzeit aus sicherer Entfernung im Orbit.

Diese Messungen aus dem Orbit können uns die Bestandteile der oberen Atmosphäre verraten: Ammoniak, Methan, Ammoniumhydrogensulfid, Wasser und Kohlenmonoxid, unter anderem. Wissenschaftler haben diese Erkenntnisse mit Wissen über chemische Reaktionen kombiniert, um Modelle von Jupiters tiefer Atmosphäre zu erstellen.

Es gab jedoch unterschiedliche Auffassungen über bestimmte Punkte, wie zum Beispiel, wie viel Wasser—und somit Sauerstoff—der Planet enthält. Yang sah eine Gelegenheit, eine neue Generation chemischer Modelle auf diese schwierige Frage anzuwenden.

Die Chemie von Jupiters Atmosphäre ist extrem komplex. Moleküle wandern zwischen den extrem heißen Bedingungen tief in der Atmosphäre und den kühleren oberen Regionen, ändern ihre Phasen und ordnen sich über Tausende von verschiedenen Reaktionen in verschiedene Moleküle um. Aber auch das Verhalten von Wolken und Tröpfchen muss berücksichtigt werden.

Um all diese Phänomene besser einzufangen, arbeitete Yang mit einem Team von Wissenschaftlern zusammen, um Chemie und Hydrodynamik in einem Modell zu vereinen—ein Novum.

„Man benötigt beides,“ sagte Yang. „Chemie ist wichtig, schließt aber Wassertropfen oder das Verhalten von Wolken nicht ein. Hydrodynamik allein vereinfacht die Chemie zu sehr. Daher ist es wichtig, sie zusammenzubringen.“

Elementare Fragen

Zu den Ergebnissen gehört eine neue Berechnung, wie viel Sauerstoff Jupiter hat. Laut ihrer Analyse hat Jupiter wahrscheinlich etwa 1,5-mal mehr als die Sonne.

Seit Jahrzehnten streiten Wissenschaftler über diese Zahl. Eine bedeutende, aktuelle Studie hatte sie viel niedriger angesetzt, nur bei einem Drittel der Menge der Sonne.

Doch diese Statistik ist besonders relevant für unser Verständnis der Entstehung unseres Sonnensystems.

Alle Elemente, aus denen Planeten—und wir—bestehen, sind die gleichen Stoffe, die die Sonne bilden. Aber es kann Unterschiede in den Mengen dieser Materialien geben, und wir können diese Hinweise nutzen, um zu rekonstruieren, wie die Planeten entstanden sein müssen.

Ein Beispiel: Hat sich Jupiter an dem Ort gebildet, an dem er sich jetzt befindet, oder entstand er näher oder weiter entfernt und driftete im Laufe der Zeit? Hinweise können daraus abgeleitet werden, dass ein Großteil des Sauerstoffs auf dem Planeten in Wasser gebunden ist, das gefrieren und sich anders verhalten wird, wenn es zu weit von der Wärme der Sonne entfernt ist. Eis ist für Planeten einfacher zu akkumulieren als Wasserdampf.

Das Wissen darüber, welche Bedingungen welche Arten von Planeten schaffen, kann uns darüber hinaus helfen, bei der Suche nach bewohnbaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.

Das Modell deutet auch darauf hin, dass sich Jupiters Atmosphäre wahrscheinlich viel langsamer nach oben und unten bewegt, als lange angenommen.

„Unser Modell legt nahe, dass die Diffusion 35 bis 40 Mal langsamer sein müsste als bisher angenommen,“ sagte Yang. Ein einzelnes Molekül würde beispielsweise mehrere Wochen benötigen, um durch eine Schicht der Atmosphäre zu wandern, anstatt nur Stunden.

„Es zeigt wirklich, wie viel wir noch über Planeten, selbst in unserem eigenen Sonnensystem, lernen müssen,“ sagte Yang.

Veröffentlichungsdetails

Jeehyun Yang et al, Coupled 1D Chemical Kinetic Transport and 2D Hydrodynamic Modeling Supports a Modest 1–1.5× Supersolar Oxygen Abundance in Jupiter’s Atmosphere, The Planetary Science Journal (2026). DOI: 10.3847/psj/ae28d5

Journalinformation: The Planetary Science Journal

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