Nieuwe bevindingen van NASA's Juno ruimtesonde in een baan rond Jupiter geven een vollediger beeld van hoe de kenmerkende en kleurrijke atmosferische eigenschappen van de planeet aanwijzingen geven over de onzichtbare processen onder zijn wolken. De resultaten belichten de innerlijke werking van de gordels en wolkenzones die Jupiter omringen, alsook zijn polaire cyclonen en zelfs de Grote Rode Vlek. Onderzoekers hebben op 28 oktober 2021 verschillende artikelen over Juno's atmosferische ontdekkingen gepubliceerd in het tijdschrift Science en het Journal of Geophysical Research: Planets.
Aanvullende artikelen verschenen in twee recente uitgaven van Geophysical Research Letters. "Deze nieuwe waarnemingen van Juno openen een schat aan nieuwe informatie over de raadselachtige waarneembare kenmerken van Jupiter," zei Lori Glaze, directeur van NASA's planetaire wetenschapsdivisie op het hoofdkantoor van het agentschap in Washington. "Elk artikel werpt licht op verschillende aspecten van de atmosferische processen van de planeet - een prachtig voorbeeld van hoe onze internationaal gediversifieerde wetenschapsteams het begrip van ons zonnestelsel vergroten." Juno kwam in 2016 in de baan van Jupiter. Tijdens elk van de 37 passages van het ruimtevaartuig van de planeet tot nu toe, heeft een gespecialiseerde suite van instrumenten onder zijn turbulente wolkendek getuurd.
"Eerder verraste Juno ons met hints dat verschijnselen in Jupiters atmosfeer dieper gingen dan verwacht," zei Scott Bolton, hoofdonderzoeker van Juno van het Southwest Research Institute in San Antonio en hoofdauteur van het Science journal paper over de diepte van Jupiters wervelingen. "Nu beginnen we al deze afzonderlijke stukjes samen te voegen en krijgen we ons eerste echte begrip van hoe de prachtige en gewelddadige atmosfeer van Jupiter werkt - in 3D." Juno's microgolf radiometer (MWR) stelt de wetenschappers van de missie in staat om onder de wolkentoppen van Jupiter te kijken en de structuur van zijn talrijke wervelstormen te onderzoeken. De beroemdste van deze stormen is de iconische anticycloon die bekend staat als de Grote Rode Vlek. Deze karmozijnrode draaikolk, die groter is dan de aarde, heeft wetenschappers geïntrigeerd sinds de ontdekking ervan bijna twee eeuwen geleden. De nieuwe resultaten tonen aan dat de cyclonen warmer zijn aan de bovenkant, met lagere atmosferische dichtheden, terwijl ze kouder zijn aan de onderkant, met hogere dichtheden. Anticyclonen, die in de tegenovergestelde richting draaien, zijn kouder aan de bovenkant maar warmer aan de onderkant.
Uit de bevindingen blijkt ook dat deze stormen veel groter zijn dan verwacht, waarbij sommige zich 100 kilometer onder de wolkentoppen uitstrekken en andere, waaronder de Grote Rode Vlek, meer dan 350 kilometer. Deze verrassende ontdekking toont aan dat de wervelingen gebieden bestrijken die verder reiken dan de gebieden waar water condenseert en wolken zich vormen, onder de diepte waar zonlicht de atmosfeer verwarmt.
De hoogte en de grootte van de Grote Rode Vlek betekenen dat de concentratie van atmosferische massa in de storm mogelijk kan worden gedetecteerd door instrumenten die het zwaartekrachtsveld van Jupiter bestuderen. Twee korte Juno-vliegbewegingen boven Jupiters beroemdste vlek boden de mogelijkheid om naar de zwaartekracht van de storm te zoeken en de MWR-resultaten over de diepte ervan aan te vullen.
Juno vloog laag over Jupiters wolkendek met een snelheid van ongeveer 209.000 km/uur. Juno wetenschappers waren in staat om snelheidsveranderingen van slechts 0,01 millimeter per seconde te meten met behulp van een NASA Deep Space Network volgantenne, vanaf een afstand van meer dan 650 miljoen kilometer. Hierdoor kon het team de diepte van de Grote Rode Vlek beperken tot ongeveer 500 kilometer onder de wolkentoppen. "De precisie die nodig is om de zwaartekracht van de Grote Rode Vlek tijdens de juli 2019 flyby te krijgen is verbijsterend," zei Marzia Parisi, een Juno-wetenschapper van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië en hoofdauteur van een paper in het tijdschrift Science over zwaartekracht overvluchten van de Grote Rode Vlek. "Het feit dat we de bevindingen van MWR op de diepte kunnen aanvullen, geeft ons veel vertrouwen dat toekomstige zwaartekrachtexperimenten op Jupiter even intrigerende resultaten zullen opleveren."
Gordels en Zones
Naast cyclonen en anticyclonen staat Jupiter ook bekend om zijn kenmerkende gordels en zones - witte en roodachtige wolkenbanden die zich rond de planeet wikkelen. Sterke oost-westwinden die in tegengestelde richting bewegen, scheiden de banden. Juno ontdekte eerder dat deze winden, of straalstromen, diepten bereiken van ongeveer 3.200 kilometer. Onderzoekers proberen nog steeds het mysterie op te lossen hoe de straalstromen ontstaan. De gegevens die Juno's MWR heeft verzameld tijdens meerdere doorgangen, onthullen een mogelijke aanwijzing: dat het ammoniakgas van de atmosfeer op en neer beweegt in een opmerkelijke lijn met de waargenomen straalstromen.
"Door de ammoniak te volgen, vonden we zowel op het noordelijk als op het zuidelijk halfrond circulatiecellen die vergelijkbaar zijn met 'Ferrel-cellen', die een groot deel van ons klimaat hier op aarde regelen," zei Keren Duer, een afgestudeerde student van het Weizmann Institute of Science in Israël en hoofdauteur van het Science-paper over Ferrel-achtige cellen op Jupiter. "Terwijl de aarde één Ferrel-cel per halfrond heeft, heeft Jupiter er acht - elk minstens 30 keer groter."
Juno's MWR-gegevens laten ook zien dat de gordels en zones een overgang ondergaan rond 65 kilometer onder Jupiters waterwolken. Op geringe diepte zijn de gordels van Jupiter helderder in microgolflicht dan de aangrenzende zones. Maar op diepere niveaus, onder de waterwolken, is het tegenovergestelde waar - wat een overeenkomst met onze oceanen onthult.
"We noemen dit niveau de 'Jovicline' naar analogie met een overgangslaag in de oceanen op aarde, bekend als de thermocline - waar het zeewater scherp overgaat van relatief warm naar relatief koud," zei Leigh Fletcher, een aan Juno deelnemende wetenschapper van de Universiteit van Leicester in het Verenigd Koninkrijk en hoofdauteur van het artikel in het Journal of Geophysical Research: Planets, waarin Juno's microgolfwaarnemingen van Jupiters gematigde gordels en zones worden belicht.
Polaire cyclonen
Juno ontdekte eerder veelhoekige formaties van reusachtige cyclonale stormen aan beide polen van Jupiter - acht in een achthoekig patroon in het noorden en vijf in een vijfhoekig patroon in het zuiden. Nu, vijf jaar later, hebben missiewetenschappers met behulp van waarnemingen door de Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) van het ruimtevaartuig vastgesteld dat deze atmosferische verschijnselen zeer veerkrachtig zijn en op dezelfde plaats blijven. "De cyclonen van Jupiter beïnvloeden elkaars bewegingen, waardoor ze oscilleren rond een evenwichtspositie," zegt Alessandro Mura, een mede-onderzoeker van Juno aan het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Rome en hoofdauteur van een recent artikel in Geophysical Research Letters over oscillaties en stabiliteit in Jupiter's polaire cyclonen. "Het gedrag van deze langzame oscillaties suggereert dat ze diepe wortels hebben."
Uit de gegevens van JIRAM blijkt ook dat deze cyclonen, net als orkanen op aarde, naar de pool willen bewegen, maar dat cyclonen in het centrum van elke pool ze terugdringen. Dit evenwicht verklaart waar de cyclonen zich bevinden en de verschillende aantallen op elke pool.
Bron: JPL
