mini|alt=Jupiters mit Strukturen in bräunlichen und weißlichen Bändern. Darunter sticht der große Rote Fleck heraus.|Jupiter mit dem großen Roten Fleck aus der Sicht der Raumsonde „Cassini“ im Dezember 2000
Der Große Rote Fleck ist ein markanter, lang andauernder Sturm in der Atmosphäre des Jupiter. Meteorologisch handelt es sich um ein Hochdrucksystem auf der Südhalbkugel des Planeten. Dieses System erzeugt einen antizyklonalen Wirbelsturm – den größten im Sonnensystem. Er befindet sich in der südlichen Tropenzone und ist etwa eineinhalbmal so breit wie der Durchmesser der Erde. Die Windgeschwindigkeiten betragen bis zu 680 km/h. Erste Beobachtungen über einen Fleck auf Jupiter stammen aus den Jahren von 1665 bis 1713. In der Forschung ist umstritten, ob es sich bei dieser Struktur tatsächlich um denselben Wirbelsturm handelt, der erst ab 1831 erneut vom Astronomen Samuel Heinrich Schwabe beobachtet wurde.Agustín Sánchez-Lavega, Enrique García-Melendo, Jon Legarreta, Arnau Miró, Manel Soria, Kevin Ahrens-Velásquez: The Origin of Jupiter's Great Red Spot, Online, abgerufen am 22. Juni 2024 (Stand: Juni 2024) 1878 begann die kontinuierliche Beobachtung des Sturms. Ab den 1970er Jahren wurden Raumsonden zum Jupiter gesendet, die vor Ort präzise Messungen des Sturms durchführen konnten.
Der Fleck hat im Allgemeinen eine rötliche Färbung und eine leicht ovale Gestalt. Seine Farbgebung variiert zwischen kräftigem Ziegelrot, Lachsfarben und Orangetönen. Die Quelle der roten Färbung ist unbekannt; die Vermutungen reichen von Schwefel- und Phosphorverbindungen bis hin zu organischem Material, das möglicherweise durch Blitzentladungen oder photochemische Reaktionen in großer Höhe entstehen könnte. Die Langlebigkeit des Großen Roten Flecks lässt sich zum Teil dadurch erklären, dass Jupiter keine feste Oberfläche besitzt, an der er sich abschwächen könnte. Die Größe und Beständigkeit des Großen Roten Flecks machen ihn einzigartig unter den Sturmsystemen des äußeren Sonnensystems. Es gibt jedoch noch keine umfassende Theorie, die sämtliche Eigenschaften und Mechanismen dieses Phänomens erklären kann.
Der Sturm behält seinen Breitengrad bei, weil er sich zwischen zwei gegenläufigen Gasströmen bewegt. Schon früh wurde auch beobachtet, dass seine Umlaufzeit um Jupiter variiert. Er interagiert immer wieder mit kleineren Stürmen in seiner Umgebung, die er bei direkter Begegnung absorbiert und in seine Struktur integriert. Seit Beginn der systematischen Beobachtungen Ende des 19. Jahrhunderts dokumentieren Astronomen zyklische Größenveränderungen des Sturms. Seit den 1920er Jahren herrscht ein Schrumpfungstrend vor: Im April 2017 hatte der Sturm eine Breite von 16.350 km – etwa ein Drittel seiner Größe im 19. Jahrhundert. Der Große Rote Fleck erstreckt sich 8 km über die Hauptwolkenschichten des Jupiters und reicht bis 500 km in die Atmosphäre Jupiters hinein, wodurch er im Verhältnis zu seinem Durchmesser vergleichsweise flach erscheint.
Beobachtungsgeschichte mini|Samuel Heinrich Schwabe, Erstbeobachter des Großen Roten Flecks 1831. mini|alt=In einer Kreisscheibe sind zwei bis drei Bandstrukturen eingezeichnet. In der oberen Hälfte ist ein rundliches Objekt gezeichnet.|Zeichnung eines „Permanenten Flecks“ auf Jupiter von Cassini vom 19. Januar 1672, Süden ist oben. mini|alt=Zeichnung des Jupiters. Sichtbar sind einige weiße und bräunliche Bandstrukturen. In der oberen Bildmitte ist ein rötliches längliches Oval eingezeichnet.|Der Große Rote Fleck, gezeichnet von Thomas Gwyn Elger im November 1881
Die erste aufgezeichnete Beobachtung einer äquivalenten atmosphärischen Struktur wird häufig Robert Hooke, einem Universalgelehrten des 17. Jahrhunderts, zugeschrieben. In seinen Aufzeichnungen hat er festgehalten, dass er am 9. Mai 1664 gegen 9 Uhr abends einen kleinen Fleck im größten der drei dunkleren Gürtel des Jupiters beobachtete. Nachdem er diesen von Zeit zu Zeit beobachtet hatte, bewegte sich der besagte Fleck innerhalb von zwei Stunden von Osten nach Westen, etwa um die halbe Länge des Durchmessers des Jupiters. Möglicherweise war diese Beobachtung keine Sichtung des Großen Roten Flecks. Der Astronom Marco Falorni äußerte 1987, dass der beobachtete „kleine Fleck“ in der heute als nördlicher Äquatorialgürtel bekannten Struktur eingebettet war.Marco Falorni: “The discovery of the Great Red Spot of Jupiter”, Journal of the British Astronomical Association Nr. 97(4), 1987: S. 215-219. Für diese Bewertung zog er dabei Hookes ursprüngliche Meldung und eine Aufzeichnung aus dem Jahr 1666 als Grundlage hinzu. Heute befindet sich der Große Rote Fleck jedoch im südlichen Äquatorialgürtel. Der Jupitermond Kallisto befand sich zu dieser Zeit nahe zu einem Transit vor Jupiter. So scheint es, dass Hooke eher den Schatten eines Satelliten statt des Flecks beobachtete.
Der Astronom Giovanni Domenico Cassini schrieb im Jahr 1665 über einen „permanenten Fleck“. Cassini wollte die Rotationsperiode des Jupiters bestimmen, die damals noch nicht bekannt war. Dazu musste er unterscheiden, welche Flecken durch den Transit eines Mondes oder den Schatten eines Mondes auf dem Planeten verursacht wurden. Nur die übrigen Flecken konnten so auf der sichtbaren Wolkendecke oder in der Atmosphäre des Planeten sein. Cassini beobachtete den roten Fleck wahrscheinlich erstmals zwischen Sommer und Herbst 1665. Cassini war in der Lage, solche Flecken auszusortieren, die wahrscheinlich durch den Schatten eines Satellitentransits verursacht wurden. Er konnte zeigen, dass die verbleibenden Sichtungen des Flecks tatsächlich in der sichtbaren Wolkendecke des Jupiters lagen. Auf dieser Grundlage leitete er die Rotationsperiode des Jupiter zu 9 Stunden und 56 Minuten ab.
Es ist jedoch unklar, ob bei den Sichtungen im 17. Jahrhundert der dann erst im 19. Jahrhundert wiederaufgefundene Große Rote Fleck beobachtet wurde. Zwischen seiner möglichen Entdeckung im 17. Jahrhundert und der Zeit, in der er nach 1830 untersucht wurde, gibt es keine gesicherten Beobachtungen. Zeichnungen von bekannten Astronomen der Epoche wie Messier im Jahr 1769, W. Herschel im Jahr 1778 oder J.H. Schroeter in den Jahren 1785–1786 zeigen Bänder und isolierte Flecken, jedoch keinen permanenten Fleck an diesem Breitengrad. Untersuchungen der historischen Daten ergaben, dass der Große Rote Fleck nicht mit dem Fleck von Cassini von 1665 identisch sein kann. Ob sich der ursprüngliche Fleck aufgelöst und neu gebildet hat, ob er verblasst ist oder ob die Beobachtungsdaten schlecht waren, ist unbekannt.
Nach 1713 sind über ein Jahrhundert lang keine Beobachtungen des roten Flecks dokumentiert. Er wurde erst 1899 auf einer vom Amateurastronomen Samuel Heinrich Schwabe am 5. September 1831 erstellten Zeichnung des Jupiters später identifiziert. Seine Zeichnung wurde allerdings erst 1899 von W. F. Denning veröffentlicht, der damit zeigte, dass Schwabe entweder den heutigen Fleck oder zumindest dessen Prototyp als Erster beobachtet hatte. Schwabe war ein deutscher Apotheker, der vor allem für seine Entdeckung bekannt ist, dass Sonnenflecken in einem Zyklus von etwa 11 Jahren zu- und abnehmen. In der folgenden Zeit gibt es Zeichnungen vom Jupiter, die den Fleck zeigen. Diese wurden 1857 von William Rutter Dawes, einem englischen Geistlichen, 1870 von Alfred M. Mayer, einem Astronomen der Lehigh University, in den 1870er Jahren von Lawrence Parsons, 4. Earl of Rosse und danach von vielen anderen Beobachtern angefertigt. Mayer beschrieb z. B. eine „rötliche elliptische Linie, die unter dem südlichen Äquatorialgürtel liegt“ und die deutlicher wurde, je mehr sie sich dem Zentrum der Scheibe nähere.
Um 1879 begann sich der große rote Fleck zu einem auffälligen Beobachtungsobjekt zu entwickeln. Um diese Zeit wurde er weithin bekannt und erhielt seine heutige Bezeichnung. 1880 erreichte er mit einer Länge von 40.000 km und einer Breite von 14.000 km seine maximale Ausdehnung.Großer Roter Fleck, in: Lexikon der Astronomie, Herder, Freiburg im Breisgau 1989, Bd. 1, ISBN 3-451-21491-1, S. 257. Schon 1882 begann der Fleck stetig zu verblassen, so dass Astronomen 1890 annahmen, dass er schließlich verschwinden würde. Doch schon ein Jahr später stoppte das Verblassen. Seit dieser Zeit steht der Fleck unter kontinuierlicher Beobachtung. Ungefähr ab dem Jahr 1920 bemerkten die Astronomen, dass der Sturm kleiner wurde.
Die ersten Raumsonden ins äußere Sonnensystem konnten Jupiter und den Großen Roten Fleck genauer untersuchen. Erste niedrig aufgelöste Fotos gelangen Pioneer 10 am 4. Dezember 1973 und beim Vorbeiflug von Pioneer 11 im Dezember 1974. Die Raumsonde Voyager 1 konnte im Februar 1979 bereits in einer Entfernung von 9,2 Millionen km erste detaillierte Bilder des Flecks aufnehmen. Details von bis zu 160 km Größe konnten aufgelöst werden. Bei weiterer Annäherung an den Planeten im März steigerte sich die Auflösung, so dass nur wenige Kilometer große Oberflächenstrukturen sichtbar wurden. Schon im Juli desselben Jahres folgte Voyager 2 auf der großen Tour durch das äußere Sonnensystem. Diese Sonde konnte den Fleck aus einer Entfernung von 2,6 Millionen km fotografieren. Mit dem Infrarot-Spektrometer (IRIS) der Sonden konnte die thermische Struktur oberhalb des Großen Roten Flecks bestimmt werden.
Mit Galileo konnte die erste Sonde, die Jupiter permanent umkreiste, das Jupitersystem von 1995 bis 2003 genauer untersuchen. Dabei wurden am 26. Juni 1996 Bilder des Großen Roten Flecks mit einer Auflösung von 30-36 km/Pixel aufgenommen. Anhand der Aufnahmen konnte die Windgeschwindigkeit innerhalb des Sturms bestimmt werden. Am 30. Dezember 2000 flog die Raumsonde Cassini auf ihrem Weg zum Saturn am Planeten Jupiter vorbei; auch hierbei gelangen Aufnahmen des Sturms. Seit 2016 umkreist die Raumsonde Juno Jupiter auf einer polaren Umlaufbahn. Am 11. Juli 2017 überflog sie den Großen Roten Fleck in einer Entfernung von 8000 km und machte dabei von ihm mehrere Aufnahmen. Mit dem Mikrowellenradiometer-Instrument wurde der Aufbau des Sturms bestimmt. Während der Dauer der Juno-Mission wird die Raumsonde weiterhin die Zusammensetzung und Entwicklung der Jupiteratmosphäre untersuchen.
Jupiters Atmosphäre Der Große Rote Fleck ist eingebettet in Jupiters vielfältige und stürmische Atmosphäre. Jupiter besitzt den elffachen Durchmesser und die 318-fache Masse der Erde. Er besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium; seinen Kern umgibt ein flüssiger Wasserstoffozean, und auch die Atmosphäre setzt sich hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium zusammen. Im Gegensatz zu erdähnlichen Planeten gibt es keinen festen Boden. So hat er keine Kontinente oder Ozeane; seine Atmosphäre geht nahtlos in das flüssige Innere des Planeten über. Auf der Erde führen die Landmassen dazu, dass sich Stürme schnell abschwächen.
Die auf Jupiter absorbierte Sonnenstrahlung (Leistung pro Flächeneinheit) beträgt nur 3,3 % derjenigen auf der Erde, dennoch sind Jupiters Winde drei- bis viermal stärker. Er sendet 1,67-mal mehr Strahlung aus, als er von der Sonne empfängt, was auf eine beträchtliche interne Wärmequelle und eine starke Konvektion hinweist.