Een van de meest opvallende eigenschappen van de reuzenplaneten in ons zonnestelsel – Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus – zijn de extreme straalstromen die rond hun evenaar worden waargenomen. Sommige van deze planeten hebben een oostwaartse wind rondom de evenaar, andere hebben een westwaartse straalstroom. Voor het eerst kan een internationaal team van wetenschappers onder leiding van de Sterrewacht Leiden en SRON de stromingen op alle reuzenplaneten met één model verklaren (Science Advances, 10 oktober).
Al decennialang zoeken wetenschappers naar het mechanisme dat de supersnelle winden op de reuzenplaneten aandrijft. Met snelheden tussen 500 en 2000 km/uur zijn deze straalstromen de snelste stromingen die in het zonnestelsel worden waargenomen. Ze overtreffen ruimschoots de typische windsnelheden op aarde.
Met behulp van globale circulatiemodellen ontdekte het team dat de oostwaartse straalstromen op Jupiter en Saturnus en de westwaartse straalstromen op Uranus en Neptunus verklaard kunnen worden met verschillen in hun atmosferische diepte. De atmosferen vertonen een zogenoemde bifurcatie: onder vrijwel dezelfde omstandigheden kan de atmosfeer zich in een van twee stabiele toestanden nestelen. Zo ontstaat er ofwel een oostwaartse of juist een westwaartse equatoriale straalstroom. De onderzoekers hebben hiermee voor het eerst een direct verband gevonden tussen de richting van de straalstromen en de atmosferische diepte.
Vooral het feit dat Jupiter en Saturnus een oostelijke straalstroom hebben, terwijl de wind op Uranus en Neptunus juist naar het westen gaat, was raadselachtig. De belangrijkste factoren die de stromingen op deze planeten beïnvloeden zijn vermoedelijk vergelijkbaar. Zo ontvangen de planeten weinig zonlicht, ze hebben een matige interne warmtebron en een snelle rotatie. Er zijn geen krachten bekend die het verschil in windrichting kunnen verklaren. Tot nu toe werd daarom aangenomen dat de verschillende windrichtingen het gevolg waren van verschillende aandrijfmechanismen.
Maar nu hebben Keren Duer-Milner en collega’s ontdekt dat snel roterende convectiecellen op de evenaar kunnen fungeren als een ‘transportband’ op het oppervlak. Ze kunnen de straalstromen op verschillende planeten zowel naar het oosten als naar het westen drijven. Convectie is het proces waarbij door circulatie warmte binnen een atmosfeer of vloeistof kan worden getransporteerd. Aangenomen wordt dat dit het belangrijkste proces is dat warmte uit het binnenste van de gasplaneten naar het oppervlak transporteert.
Duer-Milner hoopt dat hun resultaten ook kunnen worden toegepast op planeten buiten ons zonnestelsel. ‘Inzicht in deze stromingen is cruciaal omdat het ons helpt de fundamentele processen te begrijpen die de planetaire atmosferen beheersen, niet alleen in ons zonnestelsel, maar in het hele Melkwegstelsel. Deze ontdekking geeft ons een nieuw instrument om de diversiteit van planetaire atmosferen en klimaten in het heelal te begrijpen’, zegt ze.
Volledig persbericht