Podczas gdy masywna otoczka gazowa Jowisza składa się głównie z wodoru i helu, kluczem do zrozumienia powstawania i ewolucji tej planety jest rozmieszczenie pozostałych pierwiastków, tzw. metali. Przed misją Juno brak precyzyjnych pomiarów siły przyciągania grawitacyjnego uniemożliwiał badanie rozkładu metali w atmosferze Jowisza. Dziś wiemy, że jowiszowa atmosfera jest niejednorodna. Jej wewnętrzna część zawiera więcej metali niż warstwy zewnętrzne, co pozwala stwierdzić, że w formowaniu się Jowisza ważną rolę odgrywały planetozymale kilometrowych rozmiarów.
Jowisz, gazowy olbrzym, jest piątą planetą od Słońca, krążącą między Marsem a Saturnem. Jest to największa i najbardziej masywna planeta w Układzie Słonecznym, o masie ponad 317 razy większej niż Ziemia. Kiedy misja kosmiczna NASA Juno dotarła do Jowisza w 2016 roku, ujrzeliśmy niezwykłe piękno tej planety. Zobaczyliśmy, że poza słynną Wielką Czerwoną Plamą, atmosferę Jowisza zdobią huragany, których widok przypomina obrazy Van Gogha.
Zajrzenie do wnętrza atmosfery Jowisza, czyli do rejonów, które znajdują się pod cienką, widoczną warstwą, nie jest łatwe. Na szczęście, Juno jest w stanie dać nam ten wgląd, wystarczy zmierzyć siłę przyciągania grawitacyjnego nad różnymi miejscami na Jowiszu. Daje to astronomom informacje o składzie wnętrza tej planety, które nie przypomina tego, co widzimy na powierzchni.
Na ilustracji: Burzliwa atmosfera Jowisza widziana przez sondę NASA Juno. Korzystając z danych z instrumentów Juno, naukowcy odkryli, że potężne strumienie atmosferyczne na Jowiszu sięgają znacznie głębiej, niż wcześniej sądzono. Obserwacje Juno pokazują, wchodzą one około 3000 kilometrów w głąb atmosfery planety. Źródło: Dane obrazu: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Obróbka obrazu: Tanya Oleksuik © CC NC SA
Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Yamilę Miguel (SRON/Leiden Observatory) odkrył, że otoczka gazowa Jowisza nie jest tak jednorodna i dobrze wymieszana, jak wcześniej sądzono. Zamiast tego ma większą obfitość „metali”, czyli pierwiastków cięższych niż wodór i hel, w kierunku środka planety. Wcześniej myśleliśmy, że Jowiszowa atmosfera charakteryzuje się konwekcją, czyli że zachowuje się jak wrząca woda, dzięki czemu jest całkowicie wymieszana. Obserwacje Juno pokazują, że jest inaczej.
Aby wyciągnąć wnioski, zespół zbudował szereg modeli teoretycznych, które są zgodne z ograniczeniami obserwacyjnymi zmierzonymi przez Juno. Zespół zbadał rozmieszczenie metali, ponieważ taka analiza dostarcza informacji o tym, jak powstał Jowisz. Okazuje się, że metale nie są rozmieszczone w atmosferze jednorodnie. Ich obfitość we wnętrzu jest znacznie większa niż w części zewnętrznej.
Istnieją dwa mechanizmy, dzięki którym gazowy olbrzym, taki jak Jowisz, pozyskuje metale podczas formowania: poprzez akrecję niewielkich odłamków skalnych wielkości centymetrów lub dużych planetozymali o kilometrowych średnicach.
Na animacji: Sekwencja obrazów zarejestrowanych przez instrument JunoCam podczas 41. przelotu Juno nad Jowiszem w dniu 9 kwietnia 2022 r. pokazuje, co widziałby obserwator znajdujący się na pokładzie tej misji kosmicznej. Źródło: NASA/Andrea Luck.
Modele pokazują, że formująca się planeta przestaje akreować drobne fragmenty skał gdy osiąga odpowiednio duży rozmiar. To pokazuje, że obfitość metali we wnętrzu Jowisza nie mogła osiągnąć obserwowanej wielkości zanim młody Jowisz przestał pochłaniać drobne skalne odłamki. Ważną rolę musiały odgrywać planetozymale, które są zbyt duże, by Jowisz mógł je zablokować.
To odkrycie ma ważne implikacje dla naszego rozumienia formowania się planet olbrzymów w Układzie Słonecznym i poza nim.
Więcej informacji:
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Północna półkula Jowisza widziana przez sondę NASA Juno. Widoczne są wirujące chmury, które otaczają okrągłą cechę w obszarze strumienia strumieniowego o nazwie „Jet N6”. Źródło: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
