Universität von Houston entdeckt riesiges Energieungleichgewicht auf dem Saturn, das der Wissenschaft widerspricht

Wissenschaftler der University of Houston haben auf dem Planeten Saturn ein großes Energieungleichgewicht festgestellt, das den bekannten Klimamodellen für den Gasriesen widerspricht.

Energetisches Ungleichgewicht im Saturn
Energieungleichgewicht auf Saturn. Credits: NASA/JPL

Eine bahnbrechende Entdeckung von Forschern der University of Houston (UH), die in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, hat ein riesiges Energieungleichgewicht auf dem Saturn aufgedeckt, das die bestehenden Klimamodelle für die Gasriesen des Sonnensystems in Frage stellt und die Erkenntnisse der Planetenforschung und der Evolution in Frage stellt.

"Dies gibt uns nicht nur neue Einblicke in die Entstehung und Entwicklung der Planeten, sondern verändert auch die Art und Weise, wie wir über Planeten- und Atmosphärenforschung denken sollten.

"Dies ist das erste Mal, dass ein jahreszeitlich bedingtes globales Energieungleichgewicht bei einem Gasriesen beobachtet wurde", sagte Liming Li, Professorin für Physik am UH College of Natural Sciences and Mathematics.

Saturn-Entdeckung fordert Planeten- und Atmosphärenforschung heraus

Anhand von Daten derCassini-Sonde fand Xinyue Wang, Doktorand im dritten Jahr am Department of Earth and Atmospheric Sciences des NSM, ein signifikantes und bisher unbekanntes saisonales Energieungleichgewicht auf dem Saturn.

"Alle Planeten erhalten Energie von der Sonne in Form von Sonnenstrahlung und verlieren sie durch die Abgabe von Wärmestrahlung", so Wang. "Aber Saturn hat, wie die anderen Gasriesen, einen weiteren Energieeintrag in Form von tiefer innerer Hitze, die seine thermische Struktur und sein Klima beeinflusst."

Das Ungleichgewicht ist auf die große Exzentrizität der Saturnbahn zurückzuführen, die zwischen Aphel und Perihel um fast 20 % schwankt. Aus diesem Grund dauern die Jahreszeiten des Saturn mehrere Jahre.

Das Ungleichgewicht ist auf die hohe Exzentrizität der Saturnbahn zurückzuführen, die vom Aphel (dem sonnenfernsten Punkt der Bahn) bis zum Perihel (dem sonnennächsten Punkt der Bahn) um fast 20 % schwankt, was zu großen jahreszeitlichen Schwankungen der absorbierten Sonnenenergie führt.

Im Gegensatz zum Saturn hat unser Planet Erde aufgrund seiner sehr geringen Bahnexzentrizität keine nennenswerten jahreszeitlichen Energieungleichgewichte.

"Die Erde hat einen messbaren Energiehaushalt, der aber hauptsächlich von der absorbierten Sonnenenergie und der emittierten Wärmeenergie bestimmt wird", sagte der Professor für Atmosphärenwissenschaften Xun Jiang. "Die interne Wärme der Erde ist vernachlässigbar und ihre Jahreszeiten dauern nur wenige Monate im Vergleich zu den mehrjährigen Jahreszeiten des Saturn."

Die Riesenstürme des Saturn

Die Daten dieser jüngsten Forschungsarbeit deuten auch darauf hin, dass das Energieungleichgewicht des Saturns eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Riesenstürmen spielt, die ein vorherrschendes Wetterphänomen im atmosphärischen System des Planeten sind.

Diese auf dem Saturn gefundenen Daten können auch Informationen über das Klima auf der Erde liefern.

"Soweit wir wissen, ist die Rolle des Energiehaushalts bei der Entwicklung von feuchten konvektiven Stürmen auf der Erde noch nicht vollständig untersucht worden, daher planen wir, auch dies zu untersuchen, um zu sehen, ob es einen Zusammenhang gibt", sagte Wang.

Neubewertung der atmosphärischen Modelle

Die Cassini-Mission, ein ehrgeiziges Gemeinschaftsprojekt der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und der italienischen Weltraumbehörde, wurde 1997 gestartet und erforschte fast 20 Jahre lang den Saturn, seine Ringe und Monde.

Wie die UH mitteilte, wurde Professor Li als teilnehmender Wissenschaftler ausgewählt, um drei Instrumente an Bord zu überwachen, die die Strahlungsenergie des Saturns beobachten.

Die Raumsonde Cassini beobachtet den Saturn
Simulation der Cassini-Raumsonde, die den Saturn beobachtet. Credits: NASA/ESA/IAEA

Wang führte die Studie zusammen mit seinen Kommilitonen Larry Guan (Physik) und Thishan D. Karandana G und Ronald Albright (Erd- und Atmosphärenwissenschaften) durch, beraten von den Professoren Li und Jiang.

"In den aktuellen Modellen und Theorien über die Atmosphäre, das Klima und die Entwicklung der Gasriesen wird davon ausgegangen, dass der globale Energiehaushalt ausgeglichen ist", so Wang.

"Aber wir glauben, dass unsere Entdeckung dieses saisonalen Energieungleichgewichts eine Neubewertung dieser Modelle und Theorien erfordert.

Lis Team hat nun andere Gasriesen im Visier, darunter den Uranus, wo für das nächste Jahrzehnt eine Flaggschiff-Sondenmission geplant ist.

"Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese Planeten ebenfalls erhebliche Energieungleichgewichte aufweisen werden, insbesondere Uranus, für den wir aufgrund seiner Bahnexzentrizität und seiner sehr großen Schiefe das stärkste Ungleichgewicht vorhersagen", so Wang.

"Was wir jetzt untersuchen, wird die Einschränkungen der aktuellen Beobachtungen aufzeigen und überprüfbare Hypothesen formulieren, die dieser zukünftigen Flaggschiff-Mission zugute kommen werden.

Zu den Autoren der Studie gehören neben den UH-Forschern Wissenschaftler der NASA, der University of Wisconsin, der University of Maryland, der University of Central Florida und der University of California in Santa Cruz sowie Wissenschaftler aus Frankreich und Spanien.

Quellenhinweis:

Wang, X., Li, L., Jiang, X. et al. Cassini spacecraft reveals global energy imbalance of Saturn. Nat Commun 15, 5045 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48969-9