Seit Jahrhunderten beobachten Astronomen die wirbelnde Oberfläche des Jupiter und sind von seiner Erscheinung beeindruckt und mystifiziert. Das Rätsel vertiefte sich erst, als 1995 die Galileo Das Raumschiff erreichte Jupiter und begann, seine Atmosphäre eingehend zu untersuchen. Seit dieser Zeit haben Astronomen über die farbigen Bänder gerätselt und sich gefragt, ob es sich nur um Oberflächenphänomene handelt oder um etwas, das tiefer geht.
Danke an die Juno Mit dem Raumschiff, das seit Juli 2016 den Jupiter umkreist, sind Wissenschaftler der Beantwortung dieser Frage nun viel näher gekommen. In der vergangenen Woche wurden drei neue Studien basierend auf veröffentlicht Juno Daten, die neue Erkenntnisse über das Magnetfeld von Jupiter, seine Innenrotation und die Tiefe seiner Gürtel lieferten. All diese Ergebnisse revidieren, was Wissenschaftler über Jupiters Atmosphäre und seine inneren Schichten denken.
Die Studien hatten den Titel "Messung des asymmetrischen Schwerefelds von Jupiter", "Jupiters atmosphärische Strahlströme erstrecken sich über Tausende von Kilometern Tiefe" und "Eine Unterdrückung der Differenzialrotation in Jupiters tiefem Inneren", die alle in veröffentlicht wurden Natur am 7. März 2018. Die Studien wurden von Prof. Luciano Iess von der Universität Sapienza in Rom geleitet, der zweite von Prof. Yohai Kaspi und Dr. Eli Galanti vom Weizmann Institute of Science und der dritte von Prof. Tristan Guillot von der Observatoire de la Côte d'Azur.
Die Forschungsanstrengungen wurden von Professo Kaspi und Dr. Galanti geleitet, die nicht nur die Hauptautoren der zweiten Studie waren, sondern auch Co-Autoren der beiden anderen. Das Paar hat sich bereits zuvor auf diese Analyse vorbereitet Juno Sie wurden 2011 gestartet und bauten in dieser Zeit mathematische Werkzeuge auf, um die Gravitationsfelddaten zu analysieren und die Atmosphäre und Dynamik von Jupiter besser zu erfassen.
Alle drei Studien basierten auf Daten von Juno als es alle 53 Tage von einem Jupiter-Pol zum anderen ging - ein Manöver, das als "Perijove" bekannt ist. Bei jedem Durchgang spähte die Sonde mit ihrer fortschrittlichen Instrumentensuite unter die Oberflächenschichten der Atmosphäre. Zusätzlich wurden von der Sonde emittierte Radiowellen gemessen, um zu bestimmen, wie sie mit jeder Umlaufbahn durch das Gravitationsfeld des Planeten verschoben wurden.
Wie Astronomen seit einiger Zeit verstanden haben, fließen Jupiters Jets in Bändern von Ost nach West und von West nach Ost. Dabei stören sie die gleichmäßige Massenverteilung auf dem Planeten. Durch die Messung von Änderungen im Schwerefeld des Planeten (und damit dieses Massenungleichgewichts) konnten Dr. Kaspi und Dr. Galantis Analysewerkzeuge berechnen, wie tief sich die Stürme unter der Oberfläche erstrecken und wie die innere Dynamik ist.
Vor allem erwartete das Team Anomalien aufgrund der Art und Weise, wie der Planet von einer perfekten Kugel abweicht - was darauf zurückzuführen ist, dass seine schnelle Rotation ihn leicht zerquetscht. Sie suchten jedoch auch nach zusätzlichen Anomalien, die durch das Vorhandensein starker Winde in der Atmosphäre erklärt werden konnten.
In der ersten Studie verwendeten Dr. Iess und seine Kollegen eine präzise Doppler-Verfolgung der Juno Raumfahrzeug zur Messung der Gravitationsoberwellen von Jupiter - sowohl gerade als auch ungerade. Sie stellten fest, dass Jupiters Magnetfeld eine Nord-Süd-Asymmetrie aufweist, die auf innere Strömungen in der Atmosphäre hinweist.
Die Analyse dieser Asymmetrie wurde in der zweiten Studie weiterverfolgt, in der Dr. Kaspi, Dr. Galanti und ihre Kollegen die Variationen im Schwerefeld des Planeten verwendeten, um die Tiefe der Ost-West-Jetstreams des Jupiter zu berechnen. Durch die Messung, wie diese Jets ein Ungleichgewicht im Schwerefeld des Jupiter verursachen und sogar die Masse des Planeten stören, gelangten sie zu dem Schluss, dass sie sich bis zu einer Tiefe von 3000 km erstrecken.
Aus all dem heraus führten Prof. Guillot und seine Kollegen die dritte Studie durch, in der sie die vorherigen Erkenntnisse über das Gravitationsfeld und die Strahlströme des Planeten verwendeten und die Ergebnisse mit Vorhersagen von Innenmodellen verglichen. Daraus ermittelten sie, dass sich das Innere des Planeten fast wie ein starrer Körper dreht und dass die Differenzialdrehung weiter nach unten abnimmt.
Darüber hinaus stellten sie fest, dass sich die Zonen der atmosphärischen Strömung auf eine Tiefe zwischen 2.000 km und 3.500 km erstreckten, was mit den Einschränkungen übereinstimmte, die sich aus den ungeraden Gravitationsharmonischen ergaben. Diese Tiefe entspricht auch dem Punkt, an dem die elektrische Leitfähigkeit groß genug werden würde, dass der magnetische Widerstand die Differenzialdrehung unterdrücken würde.
Basierend auf ihren Ergebnissen berechnete das Team auch, dass Jupiters Atmosphäre 1% seiner Gesamtmasse ausmacht. Zum Vergleich: Die Erdatmosphäre macht weniger als ein Millionstel ihrer Gesamtmasse aus. Wie Dr. Kaspi in der Pressemitteilung des Weizzmann-Instituts erklärte, war dies jedoch ziemlich überraschend:
„Das ist viel mehr als irgendjemand gedacht hat und mehr als das, was von anderen Planeten im Sonnensystem bekannt ist. Das ist im Grunde eine Masse, die drei Erden entspricht, die sich mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn Metern pro Sekunde bewegen. “
Insgesamt haben diese Studien ein neues Licht auf die atmosphärische Dynamik und die innere Struktur des Jupiter geworfen. Gegenwärtig ist das Thema, was sich in Jupiters Kern befindet, ungelöst. Die Forscher hoffen jedoch, weitere Messungen von analysieren zu können Juno um zu sehen, ob Jupiter einen festen Kern hat und (wenn ja) um seine Masse zu bestimmen. Dies wiederum wird den Astronomen helfen, viel über die Geschichte und Entstehung des Sonnensystems zu lernen.
Darüber hinaus möchten Kaspi und Galanti einige der Methoden anwenden, die sie zur Charakterisierung von Jupiters Jetstreams entwickelt haben, um das kultigste Merkmal - Jupiters Great Red Spot - in Angriff zu nehmen. Sie bestimmen nicht nur, wie tief dieser Sturm ist, sondern hoffen auch zu erfahren, warum dieser Sturm so viele Jahrhunderte andauert und warum er in den letzten Jahren merklich geschrumpft ist.
Die Juno-Mission wird voraussichtlich im Juli 2018 abgeschlossen sein. Sofern keine Verlängerungen vorgenommen werden, führt die Sonde nach Durchführung von Perijove 14 ein kontrolliertes Deorbit in die Jupiter-Atmosphäre durch. Selbst nach Beendigung der Mission werden die Wissenschaftler die gesammelten Daten analysieren für die kommenden Jahre. Was dies über den größten Planeten des Sonnensystems aussagt, wird auch einen großen Beitrag zum Verständnis des Sonnensystems leisten.
