I århundreder har astronomer observeret Jupiter hvirvlende overflade og er blevet forbløffet og mystificeret af dens udseende. Mysteriet uddybedes først, da 1995 i Galileo rumfartøj nåede Jupiter og begyndte at studere sin atmosfære i dybden. Siden den tid har astronomer forundret sig over dets farvede bånd og spekuleret på, om de bare er overfladefænomen, eller noget, der går dybere.
Takket være Juno rumfartøj, der har kredset Jupiter siden juli 2016, er forskere nu meget tættere på at besvare dette spørgsmål. Denne sidste uge blev der offentliggjort tre nye undersøgelser baseret på Juno data, der præsenterede nye fund om Jupiters magnetfelt, dets indvendige rotation, og hvor dybt dens bælter strækker sig. Alle disse fund reviderer, hvad forskere synes om Jupiters atmosfære og dens indre lag.
Undersøgelserne fik titlen "Måling af Jupiters asymmetriske tyngdekraftfelt", "Jupiters atmosfæriske jetstrømme strækker sig tusinder af kilometer dyb" og "En undertrykkelse af differentiel rotation i Jupiters dybe indre", som alle blev offentliggjort i Natur den 7. marts 2018. Undersøgelserne blev ledet af professor Luciano Iess fra Sapienza Universitet i Rom, den anden af prof. Yohai Kaspi og Dr. Eli Galanti fra Weizmann Institute of Science og den tredje af professor Tristan Guillot fra Observatoire de la Cote d'Azur.
Forskningsindsatsen blev ledet af professo Kaspi og Dr. Galanti, der udover at være hovedforfattere på den anden undersøgelse var medforfattere på de to andre. Parret har allerede forberedt sig på denne analyse Juno lanceret i 2011, i hvilket tidsrum de byggede matematiske værktøjer til at analysere tyngdefeltdataene og få et bedre greb om Jupiters atmosfære og dens dynamik.
Alle tre undersøgelser var baseret på data indsamlet af Juno da den gik fra den ene Jupiters pol til den anden hver 53-dages - en manøvre kendt som en "perijove". Ved hver pas brugte sonden sin avancerede pakke instrumenter til at kikke under overfladelagene i atmosfæren. Derudover blev radiobølger udsendt af sonden målt for at bestemme, hvordan de blev forskudt af planetens tyngdefelt med hver bane.
Som astronomer har forstået i nogen tid, flyder Jupiters jetfly i bånd fra øst til vest og vest til øst. I processen forstyrrer de den jævne massefordeling på planeten. Ved at måle ændringer i planetens tyngdekraftfelt (og dermed denne masseubalance), var Dr. Kaspi og Dr. Galantis analytiske værktøjer i stand til at beregne, hvor dybt stormene strækker sig under overfladen, og hvordan det er inden for dynamik.
Frem for alt forventede holdet at finde anomalier på grund af den måde, planeten afviger fra at være en perfekt sfære - hvilket skyldes, hvordan dens hurtige rotation klemmer den lidt. De søgte imidlertid også efter yderligere afvigelser, der kunne forklares på grund af tilstedeværelsen af kraftige vinde i atmosfæren.
I den første undersøgelse anvendte Dr. Iess og hans kolleger præcis Doppler-sporing af Juno rumfartøj til at udføre målinger af Jupiters tyngdekraftsharmonik - både lige og ulige. Hvad de bestemte, var Jupiters magnetfelt med en nord-syd asymmetri, hvilket er tegn på indre strømme i atmosfæren.
Analyse af denne asymmetri blev fulgt op i den anden undersøgelse, hvor Dr. Kaspi, Dr. Galanti og deres kolleger brugte variationerne i planetens tyngdekraftfelt til at beregne dybden af Jupiters øst-vest jetstrømme. Ved at måle, hvordan disse jetfly forårsager en ubalance i Jupiters tyngdekraftfelt og endda forstyrrer planetens masse, konkluderede de, at de strækker sig til en dybde på 3000 km (1864 mi).
Fra alt dette gennemførte prof. Guillot og hans kolleger den tredje undersøgelse, hvor de brugte de tidligere fund om planetens tyngdefelt og jetstrømme og sammenlignede resultaterne med forudsigelser af interiørmodeller. Fra dette bestemte de, at planetens indre roterer næsten som et stift legeme, og at differentiel rotation falder længere nede.
Derudover fandt de, at zonerne med atmosfærisk strøm strækkede sig til mellem 2.000 km (1243 mi) og 3.500 km (2175 mi) dyb, hvilket var i overensstemmelse med de begrænsninger, der blev opnået fra de ulige gravitationsharmonikker. Denne dybde svarer også til det punkt, hvor den elektriske ledningsevne ville blive stor nok til at magnetisk træk ville undertrykke differentiel rotation.
Baseret på deres fund beregnet teamet også, at Jupiters atmosfære udgør 1% af dens samlede masse. Til sammenligning er Jordens atmosfære mindre end en milliondel af dens samlede masse. Som Dr. Kaspi forklarede i Weizzmann Institute-pressemeddelelse, var dette stadig temmelig overraskende:
”Det er meget mere, end nogen troede, og mere end hvad der er blevet kendt fra andre planeter i solsystemet. Det er dybest set en masse, der er lig med tre jordarter, der bevæger sig med hastigheder på snesevis af meter pr. Sekund. ”
Alt i alt har disse undersøgelser kastet nyt lys over Jupiters atmosfæriske dynamik og indvendige struktur. I øjeblikket forbliver emnet for det, der bor i Jupiters kerne, uafklaret. Men forskerne håber at analysere yderligere målinger foretaget af Juno for at se, om Jupiter har en solid kerne og (hvis det er tilfældet) for at bestemme dens masse. Dette vil igen hjælpe astronomer med at lære en hel del om solsystemets historie og dannelse.
Derudover er Kaspi og Galanti på udkig efter at bruge nogle af de samme metoder, de udviklede til at karakterisere Jupiters jetstrømme for at tackle det mest ikoniske træk - Jupiters store røde plet. Ud over at bestemme, hvor dybt denne storm strækker sig, håber de også at lære, hvorfor denne storm har vedvaret i så mange århundreder, og hvorfor den er mærkbart skrumpet i de senere år.
Juno-missionen forventes at bryde sammen i juli 2018. Afhængig af eventuelle udvidelser vil sonden udføre en kontrolleret deorbit i Jupiters atmosfære efter at have udført perijove 14. Imidlertid, selv efter missionen er forbi, vil forskere analysere de data, den har indsamlet i årene fremover. Hvad dette afslører om solsystemets største planet, vil også gå langt i retning af at informere forståelsen af solsystemet.
