Es ist das bislang größte Gewitter, das auf dem Planeten beobachtet wurde und das seltsamste. Seit Monaten beobachten es Forscher, auch um mehr über die Erde zu lernen.
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© Carolyn Porco/Ciclops/Nasa/JPL-Caltech/SSIDas Gewitter auf dem Gasplaneten Saturn. Die hellen Wirbel sind der "Kopf" des Gewitters, sein "Schwanz" zieht über den gesamten Planeten.
Dunkle Wolken, gleißende Blitze, grollender Donner, kalter Regen, starke Windböen - wie ein Gewitter auf der Erde aussieht, ist jedem klar. Aber welche Ausmaße ein Gewitter auf dem Saturn annehmen kann, das hat jetzt sogar Weltraumforscher überrascht.

Auch wenn irdische Gewitter ungemütlich sind - sie sind vergleichsweise klein und schnell wieder vorbei. Auf dem Saturn hingegen tobt seit Dezember 2010 ein riesiges Gewitter. Mehr als 10.000 Kilometer ist es lang und das bislang größte, das auf dem Planeten registriert wurde. Zum Vergleich: Gewitter auf der Erde sind zwischen 10 bis 30 Kilometer groß. Aber selbst für Saturn-Verhältnisse handelt es sich um eine gigantische Formation, haben Gewitterwolken dort normalerweise eine Ausdehnung von 2.000 Kilometer.

Forscher aus Österreich und Spanien haben das Gewitter mithilfe der Cassini-Raumsonde von Dezember bis Februar beobachtet. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten sie nun im Wissenschaftsmagazin Nature.

Nicht allein seine Größe ist bemerkenswert, sondern auch seine Lage. "Normalerweise gewittert es immer in der südlichen Hemisphäre. Das Gewitter, das wir jetzt beobachten, befindet sich auf 35 Grad, auf der nördlichen Hemisphäre", sagt Georg Fischer vom österreichischen Institut für Weltraumforschung (IFW).

Auch das zeitliche Auftreten stellt die Forscher vor ein Rätsel. Gewitter dieser Größenordnung sind in der Saturn-Forschung als "Great White Spots" (GWS) bekannt und treten ein Mal pro Saturnjahr (entspricht rund 30 Erdenjahren) auf. Der nächste GWS wäre demnach erst in zehn Jahren zu erwarten gewesen.


Aufgrund der immensen Größe verteilt sich das Gewitter auf unterschiedliche Breitengrade, auf denen verschiedene Windgeschwindigkeiten vorherrschen. Die sind zum Teil sehr hoch. "Dort herrschen Windgeschwindigkeiten von 1.800 Stundenkilometern", sagt Agustin Sánchez-Lavega, Leiter des spanischen Forscherteams.

Deshalb driften die Wolken unterschiedlich schnell, wodurch das Gewitter noch größer wird. Es entsteht ein "Kopf" und ein "Schwanz", wobei letzterer sich so stark ausdehnt, dass er den gesamten Planeten umringt. "Am Ende haben sich die Wolken so sehr verteilt, dass sie nur noch schlecht auszumachen sind", sagt Fischer.

In Folge der Luftwirbel gibt es ständig sogenannte vertikale Konvektion, welche auch irdische Gewitter auszeichnet: Feuchte, warme Luftmassen steigen nach oben und kühlen rasch ab. Dabei entstehen Wassertröpfchen und Eispartikel, die aneinanderstoßen und sich so gegenseitig aufladen, bis eine große Ladung vorhanden ist. Die entlädt sich dann in Form von Blitzen.

Blitze senden Radiowellen

"Ein Blitz ist wie eine Antenne", sagt Fischer. Denn wie Antennen strahlen auch Blitze Radiowellen ab, die die Forscher messen können. "Wenn man bei einem Gewitter ein Radio auf UKW oder AM stellt, hört man ein lautes Zischen, wenn es blitzt - nach dem gleichen Prinzip funktioniert auch unser Messsystem", so Fischer. Die emittierten Radiowellen eines Saturn-Blitzes sind 10.000 Mal stärker als auf der Erde. Außerdem blitzt es deutlich häufiger: mehr als zehn Mal pro Sekunde. Üblich wären einzelne, kurze Radioemissionen, aber bei diesem Gewitter gibt es fast eine kontinuierliche Emission von Radiowellen, da sich die Signale aufgrund der hohen Blitzfrequenz überlagern.

Atmosphäre mit Ammonium- und Wasserwolkenschicht

Ob Saturn-Gewitter auch die übrigen Effekte hervorrufen, die auf der Erde zu beobachten sind, wissen die Forscher nicht. Die Zusammensetzung der Atmosphäre und der Wolken auf Erde und auf dem Saturn sind verschieden. Was auf den bekannten Bildern des Planeten als "Oberfläche" erscheint, ist eine Ammoniumhydrosulfit-Schicht. Erst 200 Kilometer darunter befindet sich die Wasserwolken-Schicht. "Das Sonnenlicht dringt nicht tiefer ein als bis in die Ammonium-Schicht, erreicht also die Wasserwolken-Schicht nicht", beschreibt Sánchez-Lavega den Aufbau der Atmosphäre. Die Wasserwolken-Schicht halten die Forscher für diejenige, in der Meteorologie zu beobachten ist: "Wir vermuten, dass hier die Blitze entstehen", sagt Fischer.

Auf der Erde donnert es als Folge eines Blitzes. Denn wenn es blitzt, fließen 30 Kiloampere Strom durch den Blitzkanal, in dem dann eine Temperatur von rund 10.000 Grad Celsius herrscht. Dadurch erwärmt sich das umgebende Gas so schlagartig, dass es explodiert und ein Donnerknall hörbar wird. "Ob das auf dem Saturn auch so ist, wissen wir nicht. Wir können nicht hören, was da passiert", sagt Fischer.

Während auf der Erde spätestens nach dem ersten Donnerknall der Regen einsetzt, weiß man nicht genau, was auf dem Saturn außer Blitzen noch passiert. "Es existiert zwar Wasser, aber nicht in flüssiger, sondern in Gas- beziehungsweise in Dampfform", sagt Sánchez-Lavega. Durch diese feuchte Luft entstehen auf dem Saturn die Gewitterwolken. Die kann man allerdings nicht immer sehen, da der Saturn von einer Dunstschicht umgeben ist. Außerdem ist es schwierig, Bilder der Blitze aufzunehmen, weil sie zu lichtschwach sind im Kontrast zu dem Sonnenlicht, das sich an den Ringen des Planeten bricht.

Über die Ursache des riesigen Sturms rätseln die Forscher noch: denkbar sind Unregelmäßigkeiten in der Ammonium-Wolkenschicht, die durch verstärkte Sonneneinstrahlung und den Frühlingsanfang bedingt sind. Solche Unregelmäßigkeiten könnten die vertikale Konvektion begünstigt haben.

Meteorologische Modelle für die Erde testen

Ein konkretes Ziel verfolgen die Forscher nicht, vielmehr geht es bei ihren Untersuchungen um Erkenntnisgewinn: "Wir interessieren uns dafür, wie andere Atmosphären funktionieren. Die Atmosphären von so großen Planeten kann man als eine Art natürliche Labore ansehen, anhand derer wir meteorologische Modelle für die Erde testen können", sagt Sánchez-Lavenga. Die Herausforderung sehen die Forscher darin, zuverlässige Modelle zu entwickeln, mit denen vorhergesagt werden kann, wann und wo Stürme als nächstes auftreten. Dabei helfen die Daten, die die Teams um Fischer und Sánchez-Lavega gesammelt haben.

Basierend auf den Veröffentlichungen von Sánchez-Lavega und Fischer spekuliert Peter Read, Physiker an der Oxford-Universität, welche Auswirkungen dieses Gewitter haben wird: "Es wird spannend zu sehen, ob dieses Gewitter zu signifikanten, großen Veränderungen in der Atmosphäre des Saturns führt, während sich der Sturm entwickelt. Große Störungen in der Stratosphäre des Saturns lassen sich bereits jetzt detektieren. Vielleicht beugt dieses Gewitter sogar dem Ausbruch weiterer Stürme im Sommer vor."