Jupiters verborgene Tiefen: Warum uns die Atmosphäre des Gasriesen vor neue Rätsel stellt

Lange wurde der Jupiter für einen einfachen Gasplaneten gehalten: außen eine turbulente Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium, darunter ein dichter Kern. Doch neue Daten der NASA-Mission Juno und moderne Simulationen zeigen, dass der größte Planet des Sonnensystems noch viel komplizierter aufgebaut sein muss.

Seit ihrer Ankunft im Jahr 2016 untersucht die Raumsonde Juno Atmosphäre, Magnetfeld und Gravitationsfeld des Gasriesen. Inzwischen hat die Sonde bereits 83 Umläufe absolviert – weit mehr als ursprünglich geplant. Tatsächlich deuten aktuelle Messungen darauf hin, dass Jupiter im Inneren eher einer vielschichtigen Zwiebel ähnelt als einem klar gegliederten Planeten mit festem Kern.

Jetstreams bis tief ins Planeteninnere

Besonders faszinierend sind Jupiters atmosphärische Strömungen. Mehr als 20 gewaltige Jetstreams umkreisen den Planeten in Ost-West-Richtung. Die Winde erreichen Geschwindigkeiten von rund 100 Metern pro Sekunde und sind damit mehr als dreimal so schnell wie die Jetstreams der Erde.

Anders als auf unserem Planeten wechseln sich auf Jupiter ostwärts und westwärts gerichtete Windbänder regelmäßig ab. Besonders auffällig ist die sogenannte Superrotation am Äquator: Dort bewegt sich die Atmosphäre schneller in Rotationsrichtung als der Planet selbst. Das Phänomen lässt sich mit bisherigen Modellen nur schwer erklären.

Lange war unklar, ob diese Strömungen lediglich die oberen Wolkenschichten betreffen oder tief ins Innere gehen. Erst die genauen Gravitationsmessungen von Juno zeigen, dass die Jets mehrere tausend Kilometer tief in den Planeten hineinreichen – bis in Regionen mit Drücken von etwa 100.000 bar.

Unterhalb dieser Zone rotiert Jupiter offenbar nahezu wie ein fester Körper. Die Übergänge zwischen Atmosphäre und Innerem sind jedoch viel komplizierter als erwartet.

Jupiters rätselhafter Kern

Eine der wichtigsten Fragen betrifft den Kern des Planeten. Klassische Modelle gingen davon aus, dass Jupiter einst mit einem festen Kern aus Gestein und Eis entstand, der anschließend große Mengen Wasserstoff anzog. Doch die neuen Daten passen nicht mehr zu diesem einfachen Szenario.

Hinzu kommt, dass Wasserstoff und Helium in großen Tiefen extreme Eigenschaften annehmen. In etwa 7000 Kilometern Tiefe wird der Wasserstoff so stark komprimiert, dass er elektrisch leitfähig wird und sich wie ein Metall verhält. Dadurch könnten Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Magnetfeld entstehen.

Turbulenzen, Wärmeströme und Heliumregen

Auch die Frage, was Jupiters Jetstreams antreibt und abbremst, beschäftigt die Forschung intensiv. Hinweise deuten darauf hin, dass turbulente Wirbelbewegungen eine entscheidende Rolle spielen. Ähnlich wie in der Erdatmosphäre transportieren sie Impuls und Energie in die großen Strömungsbänder.

Daneben diskutieren Wissenschaftler weitere Vorgänge, etwa stabile Schichtungen im Inneren oder Heliumregen. Dabei trennt sich Helium unter extremem Druck vom Wasserstoff und sinkt tiefer in den Planeten ab. Dieser Vorgang könnte erhebliche Energiemengen freisetzen.

Messungen des Mikrowellenradiometers an Bord von Juno zeigen zudem Hinweise auf großräumige Zirkulationszellen, die sich über enorme Tiefen erstrecken. Sie erinnern teilweise an die atmosphärischen Zellen der Erde, reichen jedoch tiefer.

Besonders rätselhaft bleibt der Äquatorbereich. Dort scheinen starke Aufwinde und Wärmeströme aus dem Inneren die ostwärts gerichteten Winde anzutreiben. Wie genau dieser Mechanismus funktioniert, ist bislang ungeklärt.

Mission mit offenem Ende

Derzeit bewegt sich Juno zunehmend über die Polarregionen des Planeten, die wegen der extremen Strahlung lange kaum erforscht werden konnten. Die Sonde arbeitet weiterhin zuverlässig, obwohl sie ihre ursprünglich vorgesehene Missionsdauer längst überschritten hat.

Für die Planetenforschung sind die Ergebnisse von enormer Bedeutung. Denn am Jupiter lassen sich nicht nur die Gasriesen in unserem Sonnensystem verstehen, sondern auch die vielen Exoplaneten ferner Sternensysteme.

Die zentrale Erkenntnis der vergangenen Jahre lautet deshalb vor allem, dass sich unter Jupiters farbigen Wolken ein hochkomplexes System aus tiefen Strömungen, gewaltigen Druckzonen und bisher kaum verstandenen physikalischen Prozessen verbirgt. Und mit jedem neuen Umlauf der Juno-Sonde wächst die Zahl der offenen Fragen.

Quellenhinweis:

Duer-Milner, K. (2026): The deep atmosphere of Jupiter. Nature Communications.