Od stuleci astronomowie obserwują wirującą powierzchnię Jowisza, a ich wygląd budzi podziw i zdziwienie. Tajemnica pogłębiła się dopiero w 1995 r Galileo statek kosmiczny dotarł do Jowisza i zaczął dogłębnie badać jego atmosferę. Od tego czasu astronomowie zastanawiali się nad kolorowymi pasmami i zastanawiali się, czy są to po prostu zjawiska powierzchniowe, czy coś głębszego.
Dzięki do Juno statek kosmiczny, krążący wokół Jowisza od lipca 2016 r., naukowcy są teraz znacznie bliżej odpowiedzi na to pytanie. W ubiegłym tygodniu na podstawie opublikowano trzy nowe badania Juno dane, które przedstawiły nowe odkrycia dotyczące pola magnetycznego Jowisza, jego rotacji wewnętrznej i głębokości jego pasów. Wszystkie te odkrycia sprawdzają, co naukowcy sądzą o atmosferze Jowisza i jego wewnętrznych warstwach.
Badania zostały zatytułowane „Pomiar asymetrycznego pola grawitacyjnego Jowisza”, „Strumienie strumienia atmosferycznego Jowisza rozciągają się na głębokość tysięcy kilometrów” oraz „Tłumienie rotacji różnicowej w głębokim wnętrzu Jowisza”, z których wszystkie zostały opublikowane w Natura 7 marca 2018 r. Studiami kierował prof. Luciano Iess z Sapienza University of Rome, drugi - prof. Yohai Kaspi i dr Eli Galanti z Instytutu Nauki Weizmann, a trzeci - prof. Tristan Guillot z Observatoire de la Cote d'Azur.
Prace badawcze były prowadzone przez Professo Kaspi i dr Galanti, którzy oprócz tego, że byli wiodącymi autorami drugiego badania, byli współautorami dwóch pozostałych. Para przygotowywała się do tej analizy jeszcze wcześniej Juno zapoczątkowany w 2011 roku, w którym to czasie zbudowali narzędzia matematyczne do analizy danych pola grawitacyjnego i lepszego zrozumienia atmosfery Jowisza i jego dynamiki.
Wszystkie trzy badania oparto na danych zebranych przez Juno przechodząc z jednego bieguna Jowisza na drugi co 53 dni - manewr znany jako „okołopłat”. Z każdym przejściem sonda wykorzystywała swój zaawansowany zestaw instrumentów do podglądania warstw powierzchniowych atmosfery. Ponadto mierzono fale radiowe emitowane przez sondę, aby określić, w jaki sposób zostały przesunięte przez pole grawitacyjne planety na każdej orbicie.
Jak astronomowie rozumieli od jakiegoś czasu, strumienie Jowisza przepływają w pasmach ze wschodu na zachód i z zachodu na wschód. W ten sposób zakłócają równomierny rozkład masy na planecie. Mierząc zmiany w polu grawitacyjnym planety (a tym samym nierównowagę masy), narzędzia analityczne dr Kaspi i dr Galanti były w stanie obliczyć głębokość burz pod powierzchnią i jaka jest jej dynamika wewnętrzna.
Przede wszystkim zespół spodziewał się znaleźć anomalie ze względu na sposób, w jaki planeta odbiega od bycia idealną kulą - co wynika z tego, jak szybko obraca się w niewielkim stopniu. Jednak szukali również dodatkowych anomalii, które można wyjaśnić ze względu na obecność silnych wiatrów w atmosferze.
W pierwszym badaniu dr Iess i jego koledzy zastosowali precyzyjne śledzenie dopplerowskie Juno statek kosmiczny do przeprowadzania pomiarów harmonicznych grawitacyjnych Jowisza - zarówno parzystych, jak i nieparzystych. Ustalili, że pole magnetyczne Jowisza ma asymetrię północ-południe, co wskazuje na wewnętrzne przepływy atmosfery.
Analiza tej asymetrii była kontynuowana w drugim badaniu, w którym dr Kaspi, dr Galanti i ich koledzy wykorzystali zmiany pola grawitacyjnego planety do obliczenia głębokości strumieni odrzutowych Jowisza ze wschodu i zachodu. Mierząc, w jaki sposób dżety powodują nierównowagę w polu grawitacyjnym Jowisza, a nawet zaburzają masę planety, doszli do wniosku, że rozciągają się one na głębokość 3000 km (1864 mil).
Z tego wszystkiego prof. Guillot i jego koledzy przeprowadzili trzecie badanie, w którym wykorzystali poprzednie ustalenia dotyczące pola grawitacyjnego planety i strumieni odrzutowych oraz porównali wyniki z prognozami modeli wewnętrznych. Na tej podstawie ustalili, że wnętrze planety obraca się prawie jak sztywne ciało, a rotacja różnicowa zmniejsza się bardziej w dół.
Ponadto odkryli, że strefy przepływu atmosferycznego rozciągały się na głębokości od 2000 km (1243 mil) do 3500 km (2175 mil), co było zgodne z ograniczeniami uzyskanymi z nieparzystych harmonicznych grawitacyjnych. Ta głębokość odpowiada również punktowi, w którym przewodność elektryczna stałaby się na tyle duża, że opór magnetyczny tłumiłby różnicowy obrót.
Na podstawie swoich odkryć zespół obliczył również, że atmosfera Jowisza stanowi 1% jego całkowitej masy. Dla porównania atmosfera ziemska jest mniejsza niż milionowa część jej całkowitej masy. Mimo to, jak wyjaśnił dr Kaspi w komunikacie prasowym Instytutu Weizzmanna, było to dość zaskakujące:
„To znacznie więcej niż ktokolwiek myślał i więcej niż to, co wiadomo z innych planet Układu Słonecznego. Jest to w zasadzie masa równa trzem Ziemiom poruszającym się z prędkością dziesiątek metrów na sekundę. ”
Podsumowując, badania te rzuciły nowe światło na dynamikę atmosfery i strukturę wewnętrzną Jowisza. Obecnie temat tego, co znajduje się w jądrze Jowisza, pozostaje nierozwiązany. Ale naukowcy mają nadzieję przeanalizować dalsze pomiary wykonane przez Juno aby sprawdzić, czy Jowisz ma stały rdzeń i (jeśli tak), aby określić jego masę. To z kolei pomoże astronomom dowiedzieć się wiele o historii i formowaniu Układu Słonecznego.
Ponadto Kaspi i Galanti chcą zastosować niektóre z tych samych metod, które opracowali, aby scharakteryzować strumienie Jowisza, aby zmierzyć się z jego najbardziej kultową cechą - Wielką Czerwoną Plamą Jowisza. Oprócz ustalenia, jak głęboka jest ta burza, mają również nadzieję dowiedzieć się, dlaczego burza przetrwała tyle stuleci i dlaczego w ostatnich latach wyraźnie się kurczy.
Oczekuje się, że misja Juno zakończy się w lipcu 2018 r. Poza wszelkimi rozszerzeniami, sonda po przeprowadzeniu okołazu 14. przeprowadzi kontrolowaną deorbit do atmosfery Jowisza. Jednak nawet po zakończeniu misji naukowcy będą analizować zebrane dane przez wiele lat. To, co to ujawnia na temat największej planety Układu Słonecznego, przyczyni się również w znacznym stopniu do lepszego zrozumienia Układu Słonecznego.
