NASA's Juno-missie heeft zijn eerste wetenschappelijke resultaten opgeleverd over de hoeveelheid water in de atmosfeer van Jupiter. Onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurastronomie , de Juno-resultaten schatten dat op de evenaar, water maakt ongeveer 0,25% uit van de moleculen in de atmosfeer van Jupiter - bijna drie keer die van de zon. Dit zijn ook de eerste bevindingen over de overvloed aan water van de gasreus sinds de Galileo-missie van het bureau in 1995 suggereerde dat Jupiter extreem droog zou kunnen zijn in vergelijking met de zon (de vergelijking is niet gebaseerd op vloeibaar water maar op de aanwezigheid van zijn componenten, zuurstof en waterstof, aanwezig in de zon).

Een nauwkeurige schatting van de totale hoeveelheid water in de atmosfeer van Jupiter staat al tientallen jaren op het verlanglijstje van planetaire wetenschappers:de figuur in de gasreus vertegenwoordigt een cruciaal ontbrekend stukje in de puzzel van de vorming van ons zonnestelsel. Jupiter was waarschijnlijk de eerste planeet die werd gevormd, en het bevat het meeste gas en stof dat niet in de zon is opgenomen.

De leidende theorieën over de vorming ervan berusten op de hoeveelheid water die de planeet heeft opgenomen. De overvloed aan water heeft ook belangrijke implicaties voor de meteorologie van de gasreus (hoe windstromen op Jupiter stromen) en de interne structuur. Terwijl bliksem - een fenomeen dat doorgaans wordt gevoed door vocht - dat door Voyager en andere ruimtevaartuigen op Jupiter werd gedetecteerd, de aanwezigheid van water impliceerde, een nauwkeurige schatting van de hoeveelheid water diep in de atmosfeer van Jupiter bleef ongrijpbaar.

Voordat de Galileo-sonde in december 1995 57 minuten in zijn Jovische afdaling stopte, het zond spectrometermetingen uit van de hoeveelheid water in de atmosfeer van de gasreus tot een diepte van ongeveer 120 kilometer, waar de atmosferische druk ongeveer 320 pond per vierkante inch (22 bar) bereikte. De wetenschappers die aan de gegevens werkten, waren verbijsterd toen ze tien keer minder water vonden dan verwacht.

Nog verrassender:de hoeveelheid water die de Galileo-sonde heeft gemeten, leek nog steeds toe te nemen op de grootste gemeten diepte, ver beneden waar theorieën suggereren dat de atmosfeer goed gemengd moet zijn. In een goed gemixte sfeer, het watergehalte is constant in de hele regio en vertegenwoordigt eerder een globaal gemiddelde; met andere woorden, het is waarschijnlijker representatief voor water over de hele wereld. In combinatie met een infraroodkaart die tegelijkertijd door een telescoop op de grond is verkregen, de resultaten suggereerden dat de sondemissie misschien gewoon pech had, bemonstering van een ongewoon droge en warme meteorologische plek op Jupiter.

"Net als we denken dat we de dingen hebben uitgevogeld, Jupiter herinnert ons eraan hoeveel we nog moeten leren, " zei Scott Bolton, Juno hoofdonderzoeker bij het Southwest Research Institute in San Antonio. "Juno's verrassende ontdekking dat de atmosfeer zelfs ver onder de wolkentoppen niet goed gemengd was, is een puzzel die we nog steeds proberen te achterhalen. Niemand had kunnen vermoeden dat water over de hele planeet zo variabel zou kunnen zijn."

Water van bovenaf meten

Een roterende, ruimtevaartuig op zonne-energie, Juno werd gelanceerd in 2011. Vanwege de ervaring met de Galileo-sonde, de missie is gericht op het verkrijgen van metingen van de overvloed aan water in grote delen van de immense planeet. Een nieuw soort instrument voor planetaire verkenning in de verre ruimte, Juno's Microwave Radiometer (MWR) observeert Jupiter van bovenaf met behulp van zes antennes die tegelijkertijd de atmosferische temperatuur op meerdere diepten meten. De Microwave Radiometer maakt gebruik van het feit dat water bepaalde golflengten van microgolfstraling absorbeert, dezelfde truc die door magnetrons wordt gebruikt om voedsel snel op te warmen. De gemeten temperaturen worden gebruikt om de hoeveelheid water en ammoniak in de diepe atmosfeer te beperken, aangezien beide moleculen microgolfstraling absorberen.

Het wetenschappelijke team van Juno gebruikte gegevens die werden verzameld tijdens Juno's eerste acht wetenschappelijke flybys van Jupiter om de bevindingen te genereren. Ze concentreerden zich aanvankelijk op het equatoriale gebied omdat de atmosfeer daar beter gemengd lijkt, zelfs op diepte, dan in andere regio's. Vanaf zijn orbitale baars, de radiometer was in staat om gegevens te verzamelen van een veel grotere diepte in de atmosfeer van Jupiter dan de Galileo-sonde - 93 mijl (150 kilometer), waar de druk ongeveer 480 psi (33 bar) bereikt.

"We ontdekten dat het water op de evenaar groter was dan wat de Galileo-sonde heeft gemeten, " zei Cheng Li, een Juno-wetenschapper aan de Universiteit van Californië, Berkeley. "Omdat het equatoriale gebied zeer uniek is bij Jupiter, we moeten deze resultaten vergelijken met hoeveel water er in andere regio's is."

Noordwaarts gebonden

Juno's 53-daagse baan beweegt langzaam naar het noorden, zoals bedoeld, met elke flyby meer van het noordelijk halfrond van Jupiter scherper in beeld te brengen. Het wetenschappelijke team wil graag zien hoe het atmosferische watergehalte varieert per breedtegraad en regio, evenals wat de cycloonrijke polen hen kunnen vertellen over de wereldwijde waterovervloed van de gasreus.

Juno's 24e wetenschappelijke vlucht langs Jupiter vond plaats op 17 februari. De volgende wetenschappelijke vlucht vindt plaats op 10 april, 2020.

"Elke wetenschappelijke vlucht is een gebeurtenis van ontdekking, " zei Bolton. "Met Jupiter is er altijd iets nieuws. Juno heeft ons een belangrijke les geleerd:we moeten van dichtbij en persoonlijk bij een planeet komen om onze theorieën te testen."