Har Jupiter en fast kerne?

Gasgiganterne har altid været et mysterium for os. På grund af deres tætte og hvirvlende skyer er det umuligt at få et godt kig ind i dem og bestemme deres sande struktur. På grund af deres afstand fra Jorden er det tidskrævende og dyrt at sende rumfartøjer til dem, hvilket gør undersøgelsesmissioner sjældne og langt fra hinanden. Og på grund af deres intense stråling og stærke tyngdekraft skal enhver mission, der forsøger at studere dem, gøre det med omhu.

Og alligevel har forskerne i årtier været af den opfattelse, at denne massive gasgigant har en fast kerne. Dette er i overensstemmelse med vores nuværende teorier om, hvordan solsystemet og dets planeter er dannet og vandret til deres nuværende positioner. Mens Jupiters ydre lag primært består af brint og helium, tyder stigninger i tryk og massefylde på, at tingene bliver faste tættere på kernen.

Struktur og sammensætning:

Jupiter består primært af gasformigt og flydende stof med tættere stof nedenunder. Dens øvre atmosfære består af ca. 88-92% brint og 8-12% helium i volumenprocent af gasmolekyler, og ca. 75% brint og 24% helium i masse, mens den resterende procent består af andre grundstoffer.

Atmosfæren indeholder spor af metan, vanddamp, ammoniak og siliciumbaserede forbindelser samt spor af benzen og andre kulbrinter. Der er også spor af kulstof, ethan, svovlbrinte, neon, ilt, fosfin og svovl. Krystaller af frossen ammoniak er også blevet observeret i det yderste lag af atmosfæren.

Det indre indeholder tættere materialer, således at fordelingen er omtrent 71% brint, 24% helium og 5% andre grundstoffer i masse. Man mener, at Jupiters kerne er en tæt blanding af grundstoffer – et omgivende lag af flydende metallisk brint med en smule helium og et ydre lag overvejende af molekylær brint. Kernen er også blevet beskrevet som stenet, men dette er også fortsat ukendt.

I 1997 blev det antydet, at kernen eksisterer på grund af gravitationsmålinger, der indikerede en masse på mellem 12 og 45 gange Jordens masse, eller ca. 4-14% af Jupiters samlede masse. Tilstedeværelsen af en kerne understøttes også af modeller for planeternes dannelse, der viser, hvordan en sten- eller iskerne ville have været nødvendig på et tidspunkt i planetens historie for at kunne samle al dens brint og helium fra den protosolære tåge.

Det er imidlertid muligt, at denne kerne siden er skrumpet på grund af konvektionsstrømme af varm, flydende, metallisk brint, der blander sig med den smeltede kerne. Denne kerne kan endda være fraværende nu, men der er behov for en detaljeret analyse, før dette kan bekræftes. Juno-missionen, der blev opsendt i august 2011 (se nedenfor), forventes at give et indblik i disse spørgsmål og dermed gøre fremskridt med hensyn til problemet med kernen.

Formation og migration:

Vores nuværende teorier om solsystemets dannelse hævder, at planeterne blev dannet for ca. 4,5 milliarder år siden fra en soltåge (dvs. nebelhypotesen). I overensstemmelse med denne teori antages Jupiter at være dannet som følge af, at tyngdekraften trak hvirvlende skyer af gas og støv sammen.

Jupiter fik det meste af sin masse fra materiale, der blev efterladt ved dannelsen af Solen, og endte med at have mere end dobbelt så stor en samlet masse som de andre planeter. Faktisk er det blevet formodet, at hvis Jupiter havde akkumuleret mere masse, ville den være blevet en anden stjerne. Dette er baseret på det faktum, at dens sammensætning ligner solens – den består overvejende af brint.

Dertil kommer, at de nuværende modeller for solsystemets dannelse også tyder på, at Jupiter blev dannet længere ude fra sin nuværende position. I det, der er kendt som Grand Tack-hypotesen, vandrede Jupiter mod solen og satte sig fast i sin nuværende position for ca. 4 milliarder år siden. Denne vandring, har man hævdet, kunne have resulteret i ødelæggelsen af de tidligere planeter i vores solsystem – som måske omfattede superjorde tættere på solen.

Udforskning:

Selv om det ikke var det første robotrumfartøj, der besøgte Jupiter, eller det første, der studerede den fra kredsløb (dette blev gjort af Galileo-sonden mellem 1995 og 2003), var Juno-missionen designet til at undersøge de dybere mysterier ved den jovianske kæmpe. Disse omfatter Jupiters indre, atmosfære, magnetosfære, gravitationsfelt og bestemmelse af planetens dannelseshistorie.

Missionen blev opsendt i august 2011 og kom i kredsløb om Jupiter den 4. juli 2016. Da sonden gik ind i sin polære elliptiske bane efter at have afsluttet en 35 minutter lang affyring af hovedmotoren, kendt som Jupiter Orbital Insertion (eller JOI). Da sonden nærmede sig Jupiter fra oven over dens nordpol, fik den udsigt til det joviske system, som den tog et sidste billede af, inden den påbegyndte JOI.

Siden den tid har Juno-rumsonden udført perijove-manøvrer – hvor den passerer mellem den nordlige polarregion og den sydlige polarregion – med en periode på ca. 53 dage. Det har gennemført 5 perijoves siden ankomsten i juni 2016, og det er planlagt at gennemføre i alt 12 inden februar 2018. På dette tidspunkt vil sonden, medmindre missionen forlænges, blive aforbiteret og brænde op i Jupiters ydre atmosfære.

Når den foretager sine resterende passeringer, vil Juno indsamle flere oplysninger om Jupiters tyngdekraft, magnetfelter, atmosfære og sammensætning. Man håber, at disse oplysninger vil lære os meget om, hvordan samspillet mellem Jupiters indre, dens atmosfære og dens magnetosfære styrer planetens udvikling. Og selvfølgelig håber man også at kunne levere endegyldige data om planetens indre struktur.

Har Jupiter en fast kerne? Det korte svar er, at det ved vi ikke… endnu. I virkeligheden kunne den meget vel have en fast kerne bestående af jern og kvarts, som er omgivet af et tykt lag af metallisk brint. Det er også muligt, at vekselvirkningen mellem denne metalliske brint og den faste kerne har fået planeten til at miste den for nogen tid siden.

På nuværende tidspunkt kan vi kun håbe på, at de igangværende undersøgelser og missioner vil give flere beviser. Disse vil sandsynligvis ikke kun hjælpe os med at forfine vores forståelse af Jupiters indre struktur og dens dannelse, men også med at forfine vores forståelse af solsystemets historie, og hvordan det er opstået.