We herkennen Jupiter allemaal aan zijn gestreepte patroon van tegengesteld draaiende zones en riemen - dit is zelfs te zien met kleine tuintelescopen. Deze verbluffende structuren worden aangedreven door snelle jetstreams die zichtbaar zijn in de wolken van de planeet. Maar wat er in de buurt van de polen en onder de wolkentoppen gebeurt, is lange tijd een beetje een mysterie geweest.

Dankzij zijn unieke baan, NASA's Juno-missie heeft nu enkele van de best bewaarde geheimen van Jupiter onthuld. De resultaten, gepubliceerd in vier kranten in Natuur , laten zien dat de planeet verrassende "veelhoekige" vormen van cyclonen aan zijn polen heeft - inclusief een vijfhoek aan de zuidpool - en dat de gestreepte structuur aanhoudt tot een diepte van 3, 000km.

Van de aarde en ruimtevaartuigen in bepaalde banen, we kunnen de equatoriale gebieden van Jupiter alleen goed zien. In feite, dit is het geval geweest voor alle eerdere missies naar de planeet. Beelden van Voyager, Cassini en de Galileo-orbiter boden een prachtig uitzicht op de structuur van de zonegordel en op langlevende stormen zoals de Grote Rode Vlek. De Galileo-sonde bemonsterde slechts 160 km onder de wolken op één locatie.

Juno heeft een unieke, zeer elliptische baan, waardoor het de eerste goede uitzichten over de polen van Jupiter heeft. Elke 53 dagen sinds juli 2016, het is zo dicht als 4 geveegd, 100 km boven de wolkentoppen van Jupiter, waardoor het een prachtig uitzicht heeft op zijn aurora - een soort "noorderlicht" veroorzaakt door elektrische stromen in de snel roterende magnetosfeer (een magnetisch veld) die in wisselwerking staan ​​met de atmosfeer van de planeet - en de poolgebieden van de atmosfeer in zichtbaar, infrarood en ultraviolet licht.

Naast het bestuderen van de aurora en de magnetosfeer, Juno helpt wetenschappers ook om het zwaartekrachtsveld van het binnenste van Jupiter tot in de kleinste details te onderzoeken door kleine aanpassingen aan de baan van het ruimtevaartuig te volgen - tot 3, 000 km onder de wolken.

Omdat het de grootste planeet in het zonnestelsel is, Jupiter heeft een straal van meer dan 10 keer die van de aarde, op bijna 70, 000km. De tegengesteld draaiende winden in de zones en gordels bereiken snelheden van 100 meter per seconde. De belangrijkste samenstelling is waterstof en helium – overblijfselen van de dichte wolk van gas en stof, bekend als de zonnenevel, die 4,6 miljard jaar geleden ons zonnestelsel vormden.

Onder de wolkentoppen, de gasdruk wordt verondersteld enorm te stijgen. Op slechts 3, 000 km onder de wolken, de druk moet 100 bereiken, 000 bar, dat is de druk die nodig is om diamant op aarde te synthetiseren. Verder naar het centrum, de druk en temperatuur nemen nog verder toe, en de waterstof begint zich te gedragen als een metaal. Modellen laten zien dat we zelfs verder naar binnen een ijzige en rotsachtige kern zouden bereiken met een straal van ongeveer 20% van die van Jupiter. De modellen zijn echter niet zo betrouwbaar, en dit is waar Juno binnenkomt.

Eigenaardige polaire patronen

Wetenschappers waren enorm verrast toen ze voor het eerst de polen van een andere gasreus zagen:Saturnus. Cassini bevestigde de ontdekking van de Voyager van een eigenaardig, enorme zeshoek in de atmosfeer van Saturnus nabij de polen. Deze omringt een poolorkaan met een diameter van 1, 250km.

Bij de grotere Jupiter, wetenschappers hadden dit patroon helemaal niet verwacht. In plaats daarvan, theorieën suggereerden dat de zones en gordels in het midden naar de polen zouden verzwakken, wat zou leiden tot chaotische turbulentie, in plaats van gestructureerde patronen.

Maar dankzij Juno, wetenschappers hebben nu bij elke pool een enorme cycloon ontdekt, ongeveer 4, 000 km in diameter in het noorden en 5, 600 km in het zuiden. Opmerkelijk, deze worden omringd door acht cyclonen van vergelijkbare grootte in het noorden, en vijf in het zuiden. Deze cyclonen lijken opmerkelijk stabiel in de tijd dat Juno ze in het zichtbare en infrarode beeld heeft vastgelegd.

De acht noordelijke cyclonen vormen een "ditetragon"-vorm (dit krijg je als je twee piramides aan de basis met elkaar verbindt) en de vijf zuidelijke cyclonen vormen een vijfhoekige vorm (zie afbeelding lood). We begrijpen nog niet waardoor ze worden veroorzaakt en waarom ze zo hardnekkig zijn. De kracht van de rotatie van Jupiter, gecombineerd met zijn kleinere straal aan de paal, naar verwachting veel meer cyclonen continu naar de polen zouden verplaatsen, maar dit lijkt niet te gebeuren.

Onder de wolken

Een ander mysterie van Jupiter was of zijn zones en gordels ondiep of diep in de atmosfeer waren. Juno's antwoord is diepgaand.

Dit resultaat kwam van metingen van het zwaartekrachtveld, die wetenschappers nu hebben ontdekt vertonen een noord-zuid asymmetrie. Dit was onverwacht bij Jupiter - een zware, snel draaiend, afgeplatte (afgeplat aan de polen) planeet. De verklaring is dat atmosferische stromingen onder de wolken aanwezig moeten zijn.

Een ander artikel onthult dat deze atmosferische straalstromen onder elk van de zones en banden circuleren, en reiken helemaal naar beneden tot 3, 000km. Echter, de massa van de atmosfeer die bij deze enorme bewegingen betrokken is, komt overeen met slechts ongeveer 1% van de totale massa van Jupiter.

Door te volgen hoe de hele planeet draait, wetenschappers ontdekten ook dat onder het niveau van 3000 km, Jupiter draait in feite als een stijf lichaam - langzamer dan het karnende gas erboven. Op dit niveau, de temperatuur en druk zorgen ervoor dat elektrische stromen vloeien, en dit creëert een magnetische sleepkracht die de windbeweging begint te vertragen.

De nieuwe resultaten kunnen nu in verband worden gebracht met andere lichamen – in het bijzonder met Saturnus, met zijn zone-riemwinden die 500 meter per seconde bereiken. Gebaseerd op wat we nu weten over Jupiter, het lijkt waarschijnlijk dat de straalstromen van Saturnus nog dieper reiken tot 9, 000km. Het vergelijken van modellen van de aanhoudende cyclonen van Jupiter met de zeshoek en orkaan van Saturnus zou ons ook kunnen helpen te begrijpen waardoor deze mysterieuze kenmerken worden veroorzaakt.

Opwindend, de nieuwe gegevens kunnen ons ook helpen om gasreuzenplaneten in andere zonnestelsels te begrijpen. Bijvoorbeeld, we weten nu dat degenen die groter zijn dan Jupiter minder diepe jetstreams onder hun zones en gordels zouden hebben.

Toekomstige missies zoals ESA's JUICE en voorgestelde Saturnus-atmosfeersondes kunnen mogelijk dieper kijken dan Juno kan, om ons meer te vertellen over de diepe interne structuur van deze prachtige reuzenplaneet – wat ons uiteindelijk helpt om een ​​volledig beeld te krijgen van hoe deze gevormd en geëvolueerd is.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.