Eeuwenlang, wetenschappers hebben gewerkt om de samenstelling van Jupiter te begrijpen. Geen wonder:deze mysterieuze planeet is verreweg de grootste in ons zonnestelsel, en chemisch, het dichtst bij de zon staat. Jupiter begrijpen is een sleutel om meer te leren over hoe ons zonnestelsel is gevormd, en zelfs over hoe andere zonnestelsels zich ontwikkelen.

Maar een kritische vraag houdt astronomen al generaties lang bezig:is er water diep in de atmosfeer van Jupiter, en als het zo is, hoe veel?

Gordon L. Bjoraker, een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, gerapporteerd in een recent artikel in de Astronomisch tijdschrift dat hij en zijn team de Joviaanse onderzoeksgemeenschap dichter bij het antwoord hebben gebracht.

Door met telescopen op de grond te kijken naar golflengten die gevoelig zijn voor thermische straling die lekt uit de diepten van de aanhoudende storm van Jupiter, de grote rode vlek, ze ontdekten de chemische kenmerken van water boven de diepste wolken van de planeet. De druk van het water, concludeerden de onderzoekers, gecombineerd met hun metingen van een ander zuurstofhoudend gas, koolmonoxide, impliceren dat Jupiter 2 tot 9 keer meer zuurstof heeft dan de zon. Deze bevinding ondersteunt theoretische en computersimulatiemodellen die overvloedig water hebben voorspeld (H ₂ O) op Jupiter gemaakt van zuurstof (O) verbonden met moleculaire waterstof (H ₂ ).

De onthulling was roerend gezien het feit dat het experiment van het team gemakkelijk had kunnen mislukken. De Grote Rode Vlek is vol dichte wolken, wat het moeilijk maakt voor elektromagnetische energie om te ontsnappen en astronomen iets te leren over de chemie binnenin.

"Het blijkt dat ze niet zo dik zijn dat ze ons vermogen om diep te zien blokkeren, "zei Bjoraker. "Dat was een aangename verrassing."

Nieuwe spectroscopische technologie en pure nieuwsgierigheid gaven het team een ​​boost om diep in Jupiter te kijken, die een atmosfeer heeft van duizenden mijlen diep, Bjoraker zei:"We dachten, goed, laten we eens kijken wat er is."

De gegevens die Bjoraker en zijn team hebben verzameld, zullen een aanvulling zijn op de informatie die NASA's Juno-ruimtevaartuig verzamelt terwijl het eens in de 53 dagen de planeet van noord naar zuid omcirkelt.

Onder andere, Juno zoekt naar water met zijn eigen infraroodspectrometer en met een microgolfradiometer die dieper kan peilen dan iemand ooit heeft gezien - tot 100 bar, of 100 keer de atmosferische druk aan het aardoppervlak. (Hoogte op Jupiter wordt gemeten in staven, die de atmosferische druk vertegenwoordigen, aangezien de planeet geen oppervlak heeft, zoals de aarde, van waaruit u de hoogte kunt meten.)

Als Juno soortgelijke waterbevindingen retourneert, daarmee de grondgebaseerde techniek van Bjoraker ondersteunend, het zou een nieuw venster kunnen openen om het waterprobleem op te lossen, zei Amy Simon van Goddard, een expert op het gebied van planetaire atmosferen.

"Als het werkt, dan kunnen we het misschien ergens anders toepassen, zoals Saturnus, Uranus of Neptunus, waar we geen Juno hebben, " ze zei.

Juno is het nieuwste ruimtevaartuig dat is belast met het vinden van water, waarschijnlijk in gasvorm, op deze gigantische gasplaneet.

Water is een belangrijk en overvloedig molecuul in ons zonnestelsel. Het bracht leven op aarde voort en smeert nu veel van zijn meest essentiële processen, inclusief het weer. Het is een kritische factor in het turbulente weer van Jupiter, te, en om te bepalen of de planeet een kern heeft van steen en ijs.

Men denkt dat Jupiter de eerste planeet is die is gevormd door het overhevelen van de elementen die zijn overgebleven van de vorming van de zon toen onze ster uit een amorfe nevel samenvloeide in de vurige bal van gassen die we vandaag zien. Een algemeen aanvaarde theorie tot enkele decennia geleden was dat Jupiter qua samenstelling identiek was aan de zon; een bal waterstof met een vleugje helium - allemaal gas, geen kern.

Maar het bewijs neemt toe dat Jupiter een kern heeft, mogelijk 10 keer de massa van de aarde. Ruimtevaartuigen die de planeet eerder bezochten, vonden chemisch bewijs dat het een kern van gesteente en waterijs vormde voordat het zich vermengde met gassen uit de zonnenevel om zijn atmosfeer te maken. De manier waarop de zwaartekracht van Jupiter aan Juno trekt, ondersteunt deze theorie ook. Er is zelfs bliksem en donder op de planeet, fenomenen gevoed door vocht.

"De manen die om Jupiter draaien zijn meestal waterijs, dus de hele buurt heeft genoeg water, "zei Bjoraker. "Waarom zou de planeet - die deze enorme zwaartekracht is, niet waar alles in valt - wees waterrijk, te?"

De waterkwestie heeft planetaire wetenschappers met stomheid geslagen; vrijwel elke keer dat het bewijs van H2O zich manifesteert, er gebeurt iets waardoor ze van de geur af zijn. Een favoriet voorbeeld onder Jupiter-experts is NASA's Galileo-ruimtevaartuig, die in 1995 een sonde in de atmosfeer liet vallen die in een ongewoon droge regio terechtkwam. "Het is alsof je een sonde naar de aarde stuurt, landing in de Mojave-woestijn, en concluderen dat de aarde droog is, ’ merkte Bjoraker op.

In hun zoektocht naar water, Bjoraker en zijn team gebruikten stralingsgegevens die in 2017 waren verzameld vanaf de top van Maunakea op Hawaï. Ze vertrouwden op de meest gevoelige infraroodtelescoop op aarde bij de W.M. Keck-observatorium, en ook op een nieuw instrument dat een breder scala aan gassen kan detecteren bij de NASA Infrared Telescope Facility.

Het idee was om de lichtenergie te analyseren die door de wolken van Jupiter wordt uitgezonden om de hoogte van de wolkenlagen te identificeren. Dit zou de wetenschappers helpen bij het bepalen van de temperatuur en andere omstandigheden die van invloed zijn op de soorten gassen die in die regio's kunnen overleven.

Planetaire atmosfeerexperts verwachten dat er drie wolkenlagen op Jupiter zijn:een onderste laag gemaakt van waterijs en vloeibaar water, een middelste gemaakt van ammoniak en zwavel, en een bovenlaag van ammoniak.

Om dit te bevestigen door middel van waarnemingen op de grond, Het team van Bjoraker keek naar golflengten in het infraroodbereik van licht waar de meeste gassen geen warmte absorberen, waardoor chemische handtekeningen naar buiten kunnen lekken. specifiek, ze analyseerden de absorptiepatronen van een vorm van methaangas. Omdat Jupiter te warm is om methaan te laten bevriezen, zijn overvloed zou niet van de ene plaats naar de andere op de planeet moeten veranderen.

"Als je ziet dat de sterkte van methaanlijnen varieert van binnen tot buiten de Grote Rode Vlek, het is niet omdat er hier meer methaan is dan daar, " zei Bjoraker, "het is omdat er dikkere, diepe wolken die de straling in de Grote Rode Vlek blokkeren."

Het team van Bjoraker vond bewijs voor de drie wolkenlagen in de Grote Rode Vlek, ondersteuning van eerdere modellen. De diepste wolkenlaag ligt op 5 bar, het team concludeerde, precies daar waar de temperatuur het vriespunt voor water bereikt, zei Bjoraker, "Dus ik zeg dat we zeer waarschijnlijk een waterwolk hebben gevonden." De locatie van de waterwolk, plus de hoeveelheid koolmonoxide die de onderzoekers op Jupiter identificeerden, bevestigt dat Jupiter rijk is aan zuurstof en, dus, water.

De techniek van Bjoraker moet nu worden getest op andere delen van Jupiter om een ​​volledig beeld te krijgen van de wereldwijde overvloed aan water. en zijn gegevens kwamen overeen met Juno's bevindingen.

"De overvloed aan water van Jupiter zal ons veel vertellen over hoe de gigantische planeet is ontstaan, maar alleen als we erachter kunnen komen hoeveel water er op de hele planeet is, " zei Steven M. Levin, een Juno-projectwetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië