I århundrer har astronomer observert Jupiter virvlende overflate og blitt forferdet og mystifisert av utseendet. Mysteriet utdypet først da, i 1995 Galileo romskip nådde Jupiter og begynte å studere atmosfæren i dybden. Siden den tid har astronomer undret seg over de fargede båndene og lurt på om de bare er overflatefenomen, eller noe som går dypere.
Takk til Juno romfartøy, som har gått i bane rundt Jupiter siden juli 2016, er nå forskere mye nærmere på å svare på det spørsmålet. Den siste uken ble det publisert tre nye studier basert på Juno data som presenterte nye funn om Jupiters magnetfelt, dens indre rotasjon og hvor dypt beltene strekker seg. Alle disse funnene reviderer hva forskere synes om Jupiters atmosfære og dens indre lag.
Studiene fikk tittelen "Måling av Jupiters asymmetriske tyngdekraftfelt", "Jupiters atmosfæriske jetstrømmer strekker seg tusenvis av kilometer dyp" og "Et undertrykkelse av differensial rotasjon i Jupiters dype indre", som alle ble publisert i Natur 7. mars 2018. Studiene ble ledet av prof. Luciano Iess fra Sapienza universitet i Roma, den andre av prof. Yohai Kaspi og Dr. Eli Galanti fra Weizmann Institute of Science, og den tredje av prof. Tristan Guillot fra Observatoire de la Cote d'Azur.
Forskningsinnsatsen ble ledet av professo Kaspi og Dr. Galanti, som i tillegg til å være hovedforfattere på den andre studien var medforfattere på de to andre. Paret har forberedt seg på denne analysen allerede før Juno ble lansert i 2011, hvor de bygde matematiske verktøy for å analysere tyngdefeltdataene og få et bedre grep om Jupiters atmosfære og dens dynamikk.
Alle tre studiene var basert på data samlet inn av Juno da den gikk fra en av Jupiters pol til den andre hver 53-dagers - en manøvre kjent som en "perijove". Ved hver passering brukte sonden sin avanserte pakke instrumenter for å kikke under overflatelagene i atmosfæren. I tillegg ble radiobølger som sendes ut av sonden, målt for å bestemme hvordan de ble forskjøvet av planetens gravitasjonsfelt med hver bane.
Som astronomer har forstått en stund, flyter Jupiters jetfly i band fra øst til vest og vest til øst. I prosessen forstyrrer de jevn massefordeling på planeten. Ved å måle endringer i planetens tyngdekraftfelt (og dermed denne masseubalansen), var Dr. Kaspi og Dr. Galantis analyseverktøy i stand til å beregne hvor dypt stormene strekker seg under overflaten og hvordan det er indre dynamikk.
Fremfor alt forventet teamet å finne anomalier på grunn av måten planeten avviker fra å være en perfekt sfære - noe som skyldes hvordan den raske rotasjonen klemmer den litt. Imidlertid så de også etter ytterligere avvik som kan forklares på grunn av tilstedeværelsen av kraftige vinder i atmosfæren.
I den første studien brukte Dr. Iess og kollegene hans nøyaktig Doppler-sporing av Juno romskip for å utføre målinger av Jupiters tyngdekraftsharmonikk - både jevn og underlig. Det de bestemte var Jupiters magnetfelt har en nord-sør asymmetri, noe som er en indikasjon på indre strømmer i atmosfæren.
Analyse av denne asymmetrien ble fulgt opp i den andre studien, der Dr. Kaspi, Dr. Galanti og deres kolleger brukte variasjonene i planetens tyngdekraftfelt for å beregne dybden av Jupiters øst-vest-jetstrømmer. Ved å måle hvordan disse jetflyene forårsaker en ubalanse i Jupiters tyngdekraftfelt og til og med forstyrrer planetenes masse, konkluderte de at de strekker seg til en dybde på 3000 km (1864 mi).
Fra alt dette gjennomførte prof. Guillot og hans kolleger den tredje studien, der de brukte de tidligere funnene om planetens gravitasjonsfelt og jetstrømmer og sammenlignet resultatene med spådommer for interiørmodeller. Fra dette bestemte de at planetens indre roterer nesten som et stivt legeme og at differensialrotasjonen avtar lenger ned.
I tillegg fant de at sonene med atmosfærisk strømning strakte seg til mellom 2000 km (1243 mi) og 3.500 km (2175 mi) dybde, noe som var i samsvar med begrensningene oppnådd fra de rare gravitasjonsharmonikkene. Denne dybden tilsvarer også punktet der elektrisk ledningsevne ville bli stor nok til at magnetisk drag ville dempe differensialrotasjon.
Basert på funnene deres, beregnet teamet også at Jupiters atmosfære utgjør 1% av den totale massen. Til sammenligning er jordens atmosfære mindre enn en milliondel av den totale massen. Likevel, som Dr. Kaspi forklarte i Weizzmann Institute pressemelding, dette var ganske overraskende:
“Det er mye mer enn noen trodde og mer enn det som har vært kjent fra andre planeter i solsystemet. Det er i utgangspunktet en masse som tilsvarer tre jordarter som beveger seg med hastigheter på titalls meter per sekund. ”
Når alt kommer til alt, har disse studiene kastet nytt lys over Jupiters atmosfæriske dynamikk og interiørstruktur. For øyeblikket forblir temaet for det som bor i Jupiters kjerne uavklart. Men forskerne håper å analysere ytterligere målinger gjort av Juno for å se om Jupiter har en solid kjerne og (i så fall) bestemme massen. Dette vil igjen hjelpe astronomer med å lære mye om solsystemets historie og dannelse.
I tillegg ønsker Kaspi og Galanti å bruke noen av de samme metodene de utviklet for å karakterisere Jupiters jetstrømmer for å takle det mest ikoniske innslaget - Jupiters Great Red Spot. I tillegg til å bestemme hvor dypt denne stormen strekker seg, håper de også å lære hvorfor denne stormen har vedvart i så mange århundrer, og hvorfor den har blitt merkbart krympet de siste årene.
Juno-oppdraget forventes å avvikle i juli 2018. Sperre eventuelle utvidelser vil sonden føre en kontrollert deorbit inn i Jupiters atmosfære etter å ha utført perijove 14. Imidlertid, selv etter at oppdraget er over, vil forskere analysere dataene den har samlet inn i mange år fremover. Hva dette avslører om solsystemets største planet, vil også gå langt i retning av å informere om forståelse av solsystemet.
