Má Jupiter pevné jádro?

Plynní obři pro nás vždy byli záhadou. Kvůli jejich hustým a vířícím oblakům není možné dobře nahlédnout do jejich nitra a určit jejich skutečnou strukturu. Vzhledem k jejich vzdálenosti od Země je vyslání kosmické sondy k nim časově i finančně náročné, takže průzkumných misí je málo. A vzhledem k jejich intenzivnímu záření a silné gravitaci musí každá mise, která se je pokusí studovat, postupovat opatrně.

A přesto vědci již desítky let tvrdí, že tento masivní plynný obr má pevné jádro. To je v souladu s našimi současnými teoriemi o tom, jak sluneční soustava a její planety vznikly a migrovaly do svých současných poloh. Zatímco jeho vnější vrstvy Jupiteru se skládají především z vodíku a helia, nárůst tlaku a hustoty naznačuje, že blíže k jádru se vše stává pevným.

Struktura a složení:

Jupiter se skládá především z plynné a kapalné hmoty, pod níž se nachází hustší hmota. Jeho horní atmosféra se skládá z přibližně 88-92 % objemu molekul vodíku a 8-12 % objemu molekul helia a přibližně 75 % hmotnosti vodíku a 24 % hmotnosti helia, zbývající jedno procento tvoří ostatní prvky.

Amosféra obsahuje stopové množství metanu, vodní páry, amoniaku a sloučenin na bázi křemíku, stejně jako stopové množství benzenu a dalších uhlovodíků. Dále jsou zde stopová množství uhlíku, ethanu, sirovodíku, neonu, kyslíku, fosfinu a síry. Ve vnější vrstvě atmosféry byly také pozorovány krystaly zmrzlého čpavku.

Vnitřek obsahuje hustší materiály, takže rozložení je zhruba 71 % hmotnosti vodíku, 24 % hmotnosti helia a 5 % hmotnosti ostatních prvků. Předpokládá se, že jádro Jupiteru tvoří hustá směs prvků – okolní vrstva kapalného kovového vodíku s trochou helia a vnější vrstva převážně z molekulárního vodíku. Jádro je také popisováno jako skalnaté, ale ani to není známo.

V roce 1997 byla existence jádra naznačena gravitačními měřeními, podle kterých má jádro hmotnost 12 až 45násobku hmotnosti Země, tedy zhruba 4-14 % celkové hmotnosti Jupiteru. Přítomnost jádra podporují také modely vzniku planet, které naznačují, jak by v určitém okamžiku historie planety bylo nutné kamenné nebo ledové jádro, aby se z protosolární mlhoviny shromáždil veškerý vodík a helium.

Je však možné, že se toto jádro od té doby zmenšilo v důsledku konvekčních proudů horkého, kapalného, kovového vodíku, který se mísí s roztaveným jádrem. Je možné, že toto jádro nyní dokonce chybí, ale než to bude možné potvrdit, je třeba provést podrobnou analýzu. Očekává se, že mise Juno, která odstartovala v srpnu 2011 (viz níže), poskytne určitý vhled do těchto otázek, a tím i pokrok v problému jádra.

Formování a migrace:

Naše současné teorie týkající se vzniku sluneční soustavy tvrdí, že planety vznikly asi před 4,5 miliardami let ze sluneční mlhoviny (tj. mlhovinová hypotéza). V souladu s touto teorií se předpokládá, že Jupiter vznikl v důsledku gravitace, která k sobě přitáhla vířící oblaka plynu a prachu.

Jupiter získal většinu své hmotnosti z materiálu, který zbyl po vzniku Slunce, a nakonec měl více než dvojnásobek celkové hmotnosti ostatních planet. Ve skutečnosti byla vyslovena domněnka, že kdyby Jupiter nashromáždil více hmoty, stal by se druhou hvězdou. Vychází to ze skutečnosti, že jeho složení je podobné složení Slunce – je tvořen převážně vodíkem.

Současné modely vzniku sluneční soustavy navíc také naznačují, že Jupiter vznikl dále od své současné polohy. Podle tzv. hypotézy velkého tahu Jupiter migroval směrem ke Slunci a do své současné polohy se usadil zhruba před 4 miliardami let. Tvrdí se, že tato migrace mohla mít za následek zničení dřívějších planet naší sluneční soustavy – mezi nimiž mohly být i superzemě blíže ke Slunci.

Průzkum:

Ačkoli se nejedná o první robotickou sondu, která Jupiter navštívila, ani o první sondu, která jej studovala z oběžné dráhy (to provedla sonda Galileo v letech 1995-2003), mise Juno byla navržena tak, aby prozkoumala hlubší tajemství jupiterského obra. Mezi ně patří Jupiterovo nitro, atmosféra, magnetosféra, gravitační pole a určení historie vzniku planety.

Mise odstartovala v srpnu 2011 a 4. července 2016 dosáhla oběžné dráhy kolem Jupiteru. Když sonda vstoupila na polární eliptickou dráhu, po dokončení 35 minut dlouhého zážehu hlavního motoru, známého jako Jupiter Orbital Insertion (JOI). Když se sonda přiblížila k Jupiteru nad jeho severním pólem, naskytl se jí pohled na jupiterskou soustavu, kterou před zahájením JOI naposledy vyfotografovala.

Od té doby sonda Juno provádí periodické manévry – při nichž přechází mezi severní a jižní polární oblastí – s periodou přibližně 53 dní. Od svého příletu v červnu 2016 dokončila 5 perijovů a do února 2018 jich má v plánu provést celkem 12. V tomto okamžiku, pokud nedojde k prodloužení mise, bude sonda deorbitována a shoří ve vnější atmosféře Jupiteru.

Při zbývajících průletech bude Juno shromažďovat další informace o gravitaci, magnetických polích, atmosféře a složení Jupiteru. Doufáme, že tyto informace nás naučí mnoho o tom, jak interakce mezi Jupiterovým nitrem, jeho atmosférou a magnetosférou řídí vývoj planety. A samozřejmě se doufá, že poskytne přesvědčivé údaje o vnitřní struktuře planety.

Má Jupiter pevné jádro? Stručná odpověď zní: nevíme… zatím. Po pravdě řečeno by mohl mít velmi dobře pevné jádro složené ze železa a křemene, které je obklopeno silnou vrstvou kovového vodíku. Je také možné, že interakce mezi tímto kovovým vodíkem a pevným jádrem způsobila, že planeta o něj před časem přišla.

V tuto chvíli můžeme jen doufat, že probíhající průzkumy a mise přinesou další důkazy. Ty nám pravděpodobně pomohou nejen zpřesnit naše představy o vnitřní struktuře Jupiteru a jeho vzniku, ale také zpřesnit naše chápání historie sluneční soustavy a jejího vzniku.