Regen wird zu Eisen, Seen zu Methan, seltsame Landschaften auf Planeten

Wie wird es sein, wenn auf dem Mars Staubstürme auftreten, auf dem Jupiter Blitze einschlagen und auf anderen Planeten Wetterphänomene auftreten?

Abbildung: Künstlerische Darstellung des fremden Planeten WASP-76b. Bildnachweis: Frederik Peeters

Dieser Artikel wurde ursprünglich im Magazin The Conversation veröffentlicht. Das Magazin „The Conversation“ hat diesen Artikel für „Expert Voices: Op-Ed & Insights“ von Space.com bereitgestellt.

Als Oscar Wilde den Satz prägte: „Gespräche über das Wetter sind die letzte Zuflucht des Menschen ohne Vorstellungskraft“, war er sich einiger der extremeren Wetterbedingungen auf Planeten und Monden jenseits der Erde nicht bewusst.

Seit der erste Exoplanet im Jahr 1992 entdeckt wurde, wurden mehr als 4.000 Planeten entdeckt, die andere Sterne als unseren eigenen umkreisen.

Die Erforschung von Exoplaneten umfasst: Versuche, die Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten zu bestimmen, vor allem um die Frage zu klären, ob dort Leben existieren könnte. Auf ihrer Suche nach Leben haben Astronomen eine große Zahl potenzieller Wirtswelten entdeckt.

Hier sind vier Beispiele für ungewöhnliches Wetter auf anderen Himmelskörpern, die zeigen, wie variabel die Atmosphäre eines Exoplaneten sein kann.

Eisenregen auf WASP-76b

Astronomen haben WASP-76 entdeckt, einen großen, heißen Exoplaneten. Die Oberfläche von WASP-76 ist etwa doppelt so heiß wie die des Jupiters und erreicht Temperaturen von bis zu 2.200 Grad Celsius. Dies bedeutet, dass viele Materialien, die auf der Erde fest sind, auf WASP-76b schmelzen und verdampfen würden, beispielsweise Eisen.

Auf der Tagseite des Planeten, die seinem Stern zugewandt ist, wird dieses Eisen in Gas umgewandelt, wie in einer besonders berühmten Studie beschrieben wird. Es steigt in der Atmosphäre auf und fließt in Richtung Nachtseite.

Wenn dieses gasförmige Eisen die Nachtseite des Planeten erreicht, wo die Temperaturen niedriger sind, kondensiert es zu einer Flüssigkeit und sinkt zur Oberfläche. Dies ist bislang das einzige Beispiel, bei dem die Temperaturschwankung in WASP-76 ausreicht, um nachts tatsächlich Eisenregen auszulösen.

Abbildung: Konzeptbild von WASP-76b bei Nacht. Dieser ultraheiße Riesen-Exoplanet hat eine Tagseite, auf der die Temperaturen über 2.400 Grad Celsius erreichen, heiß genug, um Metalle zu verdampfen. Starke Winde tragen den Eisendampf auf die kühlere Nachtseite, wo er zu Eisentröpfchen kondensiert. Auf der linken Seite des Bildes ist die Abendkante des Exoplaneten zu sehen, wo der Übergang vom Tag zur Nacht stattfindet. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser

Methanseen auf Titan

Titan ist kein Planet, sondern der größte Satellit des Saturn. Er ist sehr interessant, weil er eine ziemlich große Atmosphäre hat, was für einen Satelliten, der einen Planeten umkreist, ungewöhnlich ist.

Auf der Oberfläche von Titan gibt es Flüsse aus Flüssigkeiten, die wie auf der Erde fließen. Doch anders als auf der Erde handelt es sich bei dieser Flüssigkeit nicht um Wasser, sondern um eine Mischung verschiedener Kohlenwasserstoffe. Auf der Erde würden wir diese Chemikalien (Ethan und Methan) als Brennstoff verwenden, aber auf Titan ist es kalt genug, dass sie flüssig bleiben und Seen bilden.

Man geht davon aus, dass Kryovulkane diese Kohlenwasserstoffe sporadisch als Gase in die Atmosphäre ausstoßen und dort Wolken bilden, die dann als Regen kondensieren. Dieser Niederschlag würde sich jedoch von den Regenschauern auf der Erde unterscheiden, da er nur in etwa 0,1 % der Fälle fällt und die Regentropfen aufgrund der geringeren Schwerkraft und des stärkeren Luftwiderstands größer (etwa 1 cm) und fünfmal langsamer fallen würden.

Abbildung: Methanseen auf Titan. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech

Wind auf dem Mars

Der Mars hat ein völlig anderes Wettersystem als die Erde, hauptsächlich weil der Mars sehr trocken ist und eine dünnere Atmosphäre hat. Da es kein erkennbares Magnetfeld gibt, ist die Atmosphäre des Mars dem Magnetfeld der Sonne ausgesetzt, das die oberen Schichten abträgt. Zurück blieb eine dünne Atmosphäre, die hauptsächlich aus Kohlendioxid bestand.

Der erste Motorflug des NASA-Helikopters Ingenuity auf dem Mars war überraschend – nicht nur wegen des Erkundungsfaktors, sondern auch, weil der von den Rotoren erzeugte Auftrieb in der dünnen Atmosphäre sehr gering ist und etwa 2 % des Auftriebs auf der Erdoberfläche beträgt. Dieser dünnen Atmosphäre wirken zwei Sätze großer Rotorblätter entgegen, die sich mit etwa 2.500 Umdrehungen pro Minute drehen. Das entspricht in etwa der Geschwindigkeit eines Drohnenrotors, ist aber viel schneller als die eines Passagierhubschraubers.

Obwohl die Atmosphäre des Mars dünn ist, ist sie nicht ruhig. Windgeschwindigkeiten von durchschnittlich 30 km/h (20 mph) reichen aus, um Oberflächenmaterial zu bewegen, und bei ersten Beobachtungen der Viking-Landefähren wurden Windgeschwindigkeiten von bis zu 110 km/h (70 mph) gemessen.

Der Mars ist für massive Staubstürme bekannt, die die Sicht auf die Oberfläche verdecken und wochenlang andauern können. Die Aussicht auf schnelle Staubstürme stellt also ein großes Problem für die Erforschung des Planeten dar. Da die Atmosphäre jedoch so dünn ist, herrscht dort nur sehr geringer Druck. Beispielsweise kommt es im Film „Der Marsianer“ nie zu der Szene, in der die Rakete umgeweht wird.

Abbildung: Mars vor (links) und während (rechts) eines Staubsturms. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS, CC BY

Blitze auf dem Jupiter

Im Jahr 1979 flog Voyager 1 am Jupiter vorbei und wurde Zeuge von Blitzeinschlägen auf dem Planeten. Im Jahr 2016 untersuchte die Juno-Mission eingehend die Gewitter auf dem Jupiter.

Auf der Erde konzentrieren sich die meisten Blitze in Äquatornähe. Auf dem Jupiter hingegen führt die Stabilität der Atmosphäre dazu, dass die meiste Konvektion und Turbulenz in der Nähe der Pole auftritt, wo auch die meisten Blitze entstehen. Auf dem Jupiter entstehen Blitze nicht wie auf der Erde, sondern durch die Kollision unterkühlter Wassertropfen mit Eis, bei denen sich elektrische Ladungen in Form von Ammoniakbällen ansammeln. Dieses Ammoniak wirkt als Frostschutzmittel für das Wasser und hält es in größeren Höhen flüssig.

Auf dem Jupiter gibt es sogar weniger bekannte Blitzarten, die Kobolde und Elfen genannt werden. Geister entstehen durch Blitze, die aus den Wolken in die obere Atmosphäre aufsteigen und dort ein kurzes rotes Leuchten erzeugen, während Kobolde Ringe sind, die entstehen, wenn ein Blitz in den elektrisch geladenen Teil unserer Atmosphäre (die Ionosphäre) einschlägt. Diese wurden 1921 vorhergesagt, konnten jedoch erst 1989 von der Erde aus fotografiert werden, hauptsächlich aufgrund von Gewitterwolken, die die Beobachtungen verdeckten.

Abbildung: So könnte ein Geist in der Atmosphäre des Jupiters aussehen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI

VON: Ian Whittaker

FY: Qiu Bai

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