Helle Wolken verraten Neptuns dunkle Wirbel

Auf Neptun können helle Wolken einen Hinweis auf etwas liefern, das schwerer zu beobachten ist: die großen dunklen Wirbel in der Atmosphäre des Planeten. 2016 bestätigte das Weltraumteleskop Hubble einen solchen Wirbel auf der Südhalbkugel. Die Beobachtung bot einen konkreten Fall, um zu untersuchen, wie dunkle Flecken mit den sie begleitenden Wolken zusammenhängen und welche Rückschlüsse sich aus diesem Zusammenhang ziehen lassen.

Der Hinweis ist nicht gleichbedeutend mit einer direkten Beobachtung der Entstehung eines Sturms. Forschende schlagen Erklärungen für die Wolkenbildung und den möglichen tiefen Ursprung der Wirbel vor, doch diese Prozesse waren auf den Bildern nicht direkt zu beobachten. Für das Verständnis des Wetters auf Neptun ist es entscheidend, zwischen dem zu unterscheiden, was die Aufnahmen zeigen, und dem, was sie nahelegen.

Ein Wirbel auf der Südhalbkugel bestätigt

Hubble-Aufnahmen vom 16. Mai 2016 bestätigten einen dunklen Wirbel in Neptuns Atmosphäre. Nach Angaben der NASA war es der erste im 21. Jahrhundert auf dem Planeten beobachtete Wirbel. Ähnliche Merkmale waren beim Vorbeiflug der Sonde Voyager 2 im Jahr 1989 und 1994 mit Hubble selbst entdeckt worden.

Auf dem Bild im sichtbaren Licht erscheint der Fleck nahe bei und unter einem Bereich heller Wolken auf der Südhalbkugel. Der Ort ist wichtig: Er zeigt, dass das dunkle Merkmal und die Wolken in derselben Region auftreten können. Das Bild allein beweist jedoch weder, wie sie entstanden sind, noch, welche physikalische Beziehung genau zwischen ihnen besteht.

Die Entdeckung wurde am 17. Mai 2016 in einem elektronischen Telegramm des Central Bureau for Astronomical Telegrams bekannt gegeben. Laut NASA leitete Mike Wong, Forschungsastronom an der University of California, Berkeley, das Team, das die Hubble-Daten analysierte. Der NASA-Bericht zur Beobachtung erläutert, dass spätere Beobachtungen bestätigten, dass der vom OPAL-Programm entdeckte Fleck ein langlebiges Merkmal war.

Warum Wolken helfen, den Sturm zu finden

Neptuns dunkle Wirbel sind Hochdrucksysteme und werden gewöhnlich von hellen Wolken begleitet. Diese Wolken können sichtbar sein, wenn der dunkle Fleck selbst schwerer zu erkennen ist. Die NASA weist darauf hin, dass Wirbel meist bei blauen Wellenlängen erkennbar sind und Hubble über die nötige Auflösung verfügt, um solche Merkmale auf dem weit entfernten Neptun zu beobachten.

Die vorgeschlagene Erklärung für die Wolken lautet, dass die Luftströmung in der Umgebung gestört und nach oben abgelenkt wird, wenn sie über den Wirbel hinwegströmt. Die Gase würden aufsteigen und wahrscheinlich gefrieren, wobei Methaneiskristalle entstehen, die den Wolken ihr helles Aussehen verleihen. Mike Wong verglich die Wirbel mit großen gasförmigen Bergen und die begleitenden Wolken mit orografischen Wolken, die sich über irdischen Gebirgen bilden. Das ist ein anschaulicher Vergleich, keine Behauptung, dass beide Prozesse identisch sind.

Helle Wolken auf Neptun waren ab Juli 2015 von der Erde aus von verschiedenen Beobachtenden erfasst worden – von Amateuren bis zu Astronomen am W. M. Keck Observatory auf Hawaii. Die Astronomen vermuteten, dass es sich um Begleitwolken eines noch nicht sichtbaren dunklen Wirbels handeln könnte. Im September desselben Jahres entdeckte das Programm Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL), ein Langzeitprojekt, das Hubble für jährliche globale Karten der äußeren Planeten nutzt, einen dunklen Fleck nahe dem Gebiet dieser Wolken. Eine neue Beobachtung bestätigte das Merkmal und ermöglichte eine bessere Karte des Flecks und seiner Umgebung.

Was spätere Beobachtungen nahelegen

Ein anderer Fall lieferte Hinweise darauf, wie sich solche Systeme entwickeln könnten. Bei der Untersuchung von Hubble-Aufnahmen aus den Jahren 2015 bis 2017 entdeckte das Team kleine weiße Wolken in dem Gebiet, in dem 2018 ein neuer Großer Dunkler Fleck sichtbar werden sollte. Die Wolken traten zwei Jahre vor dem Fleck auf; außerdem verloren sie einen Teil ihrer Helligkeit, als dieser sichtbar wurde.

Die Forschenden deuteten diese Abfolge als Hinweis darauf, dass dunkle Flecken tiefer in Neptuns Atmosphäre entstehen könnten als bislang angenommen. Die Formulierung ist bewusst vorsichtig: Es handelt sich um eine Interpretation, die durch die zeitliche Reihenfolge der Beobachtungen und Atmosphärenmodelle gestützt wird, nicht um eine direkte Aufnahme der Entstehung des Sturms unter den Wolken. Die von der American Geophysical Union veröffentlichten Informationen beschreiben die Analyse und unterscheiden zwischen der Beobachtung der Wolken und der Schlussfolgerung über einen möglichen tiefen Ursprung.

Veränderliche Stürme und ausstehende Messungen

Neptuns dunkle Flecken sehen nicht alle gleich aus und verhalten sich unterschiedlich: Sie variieren in Größe, Form und Stabilität, können sich in der geografischen Breite verlagern und beschleunigen oder verlangsamen sich bisweilen. Laut NASA treten sie auf und verschwinden innerhalb viel kürzerer Zeiträume als vergleichbare Antizyklone auf Jupiter, deren große Stürme sich über Jahrzehnte entwickeln.

Eine von der AGU angeführte Analyse von Hubble- und Voyager-2-Aufnahmen schätzte, dass alle vier bis sechs Jahre neue Stürme auftreten könnten. Jeder könnte bis zu sechs Jahre bestehen, wobei eine Dauer von zwei Jahren als wahrscheinlicher galt. Dies sind Schätzungen zu Häufigkeit und Dauer, kein Zeitplan, mit dem sich das Auftreten eines bestimmten Flecks vorhersagen lässt.

Auch über die Winde ist nur begrenzt etwas bekannt. Das von der AGU angeführte Team erklärte, die Windgeschwindigkeit im Inneren der dunklen Wirbel nicht direkt gemessen zu haben; die Schätzung lag bei etwa 100 Metern pro Sekunde. Die Forschenden merkten an, dass Untersuchungen der Formveränderungen und Windgeschwindigkeiten helfen würden, die Entwicklung dieser Stürme besser zu verstehen.

Ein Hinweis, keine vollständige Beobachtung der Entstehung

Der 2016 bestätigte Wirbel zeigt, wie sich mit Hubble-Aufnahmen die Beobachtung eines dunklen Flecks mit derjenigen der hellen Wolken in seiner Nähe verbinden lässt. OPAL lieferte jährliche globale Karten, und durch die Nachbeobachtung ließ sich das Merkmal in mehr als einer Aufnahme wiedererkennen. Die Wolken wiederum bieten ein mögliches Signal, das die Suche lenken kann, wenn der Wirbel schwer zu erkennen ist.

Insgesamt stützen die Belege ein unvollständiges, aber nützliches Bild: Wirbel sind Hochdrucksysteme, stehen häufig mit hellen Wolken in Verbindung und zeigen unterschiedliches Verhalten. Die Wolkenbildung und die Möglichkeit, dass Stürme tief in der Atmosphäre entstehen, sind Erklärungen, die aus den Beobachtungen abgeleitet wurden. Durch fortlaufende Beobachtungen lassen sich diese Interpretationen prüfen und die Veränderungen des Wetters auf Neptun genauer beschreiben.