Van a Jupiternek szilárd magja?

A gázóriások mindig is rejtélyesek voltak számunkra. Sűrű és kavargó felhőik miatt lehetetlen jól beléjük látni és meghatározni valódi szerkezetüket. A Földtől való távolságuk miatt időigényes és költséges űrszondákat küldeni hozzájuk, így a felmérő küldetések csak ritkán fordulnak elő. Az intenzív sugárzás és az erős gravitáció miatt pedig minden küldetésnek, amely megpróbálja tanulmányozni őket, óvatosan kell eljárnia.

És mégis, a tudósok már évtizedek óta úgy vélik, hogy ennek a hatalmas gázóriásnak szilárd magja van. Ez összhangban van a jelenlegi elméleteinkkel arról, hogyan alakult ki a Naprendszer és bolygói, és hogyan vándoroltak a jelenlegi helyükre. Míg a Jupiter külső rétegei elsősorban hidrogénből és héliumból állnak, a nyomás és a sűrűség növekedése arra utal, hogy a maghoz közelebb a dolgok szilárddá válnak.

Szerkezet és összetétel:

A Jupiter elsősorban gáznemű és folyékony anyagból áll, alatta sűrűbb anyag található. Felső légköre a gázmolekulák térfogatszázalékában kb. 88-92% hidrogénből és 8-12% héliumból, tömegében kb. 75% hidrogénből és 24% héliumból áll, a maradék egy százalékot pedig egyéb elemek alkotják.

A légkörben nyomokban metán, vízgőz, ammónia és szilíciumalapú vegyületek, valamint nyomokban benzol és más szénhidrogének találhatók. Nyomokban van még szén, etán, kénhidrogén, neon, oxigén, foszfin és kén is. A légkör legkülső rétegében fagyott ammónia kristályait is megfigyelték.

A belső tér sűrűbb anyagokat tartalmaz, így a tömeg szerinti eloszlás nagyjából 71% hidrogén, 24% hélium és 5% egyéb elem. Úgy gondolják, hogy a Jupiter magja az elemek sűrű keveréke – a környező réteg folyékony fémes hidrogénből és némi héliumból áll, a külső réteg pedig túlnyomórészt molekuláris hidrogénből. A magot sziklásnak is leírták, de ez is ismeretlen.

1997-ben a mag létezésére gravitációs mérések utaltak, amelyek a Föld tömegének 12-45-szörösét, vagyis a Jupiter teljes tömegének nagyjából 4-14%-át jelezték. A mag jelenlétét a bolygóképződés modelljei is alátámasztják, amelyek arra utalnak, hogy a bolygó történetének egy bizonyos pontján szükség lett volna egy kőzet- vagy jeges magra ahhoz, hogy az összes hidrogént és héliumot összegyűjtse a protoszoláris ködből.

Az azonban lehetséges, hogy ez a mag azóta összezsugorodott a forró, folyékony, fémes hidrogén konvekciós áramlatai miatt, amelyek keveredtek az olvadt maggal. Lehet, hogy ez a mag most még hiányzik is, de ennek megerősítéséhez részletes elemzésre van szükség. A 2011 augusztusában indított Juno küldetés (lásd alább) várhatóan betekintést nyújt majd ezekbe a kérdésekbe, és ezáltal előrelépést tesz a mag problémájának megoldásában.

Kialakulás és vándorlás:

A Naprendszer kialakulásával kapcsolatos jelenlegi elméleteink szerint a bolygók körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt egy Napködből alakultak ki (azaz a ködhipotézis). Ezzel az elmélettel összhangban a Jupiter feltehetően úgy alakult ki, hogy a gravitáció a kavargó gáz- és porfelhőket egymáshoz húzta.

A Jupiter a tömegének nagy részét a Nap keletkezéséből visszamaradt anyagból szerezte, és végül a többi bolygó együttes tömegének több mint kétszeresét érte el. Valójában azt feltételezik, hogy ha a Jupiter több tömeget halmozott volna fel, akkor egy második csillaggá vált volna. Ezt arra alapozzák, hogy összetétele hasonló a Napéhoz – túlnyomórészt hidrogénből áll.

A Naprendszer kialakulásának jelenlegi modelljei emellett arra is utalnak, hogy a Jupiter a jelenlegi helyzetétől távolabb keletkezett. Az úgynevezett Grand Tack-hipotézis szerint a Jupiter a Nap felé vándorolt, és nagyjából 4 milliárd évvel ezelőttre helyezkedett el a jelenlegi helyzetében. Ez a vándorlás, úgy vélik, a Naprendszerünk korábbi bolygóinak pusztulását eredményezhette – amelyek között a Naphoz közelebbi szuperföldek is lehettek.

Felfedezés:

Noha nem ez volt az első robotűrszonda, amely meglátogatta a Jupitert, vagy az első, amely pályáról vizsgálta (ezt a Galileo szonda tette 1995 és 2003 között), a Juno küldetést a Jupiter-óriás mélyebb rejtélyeinek feltárására tervezték. Ezek közé tartozik a Jupiter belseje, légköre, magnetoszférája, gravitációs mezeje, valamint a bolygó kialakulásának történetének meghatározása.

A küldetés 2011 augusztusában indult, és 2016. július 4-én érte el a Jupiter körüli pályát. Ahogy a szonda belépett a poláris elliptikus pályára, a főhajtómű 35 perces, Jupiter Orbital Insertion (vagy JOI) néven ismert begyújtása után. Ahogy a szonda a Jupiter északi pólusa fölött megközelítette a Jupitert, rálátást nyert a Jupiter rendszerére, amelyről a JOI megkezdése előtt egy utolsó képet készített.

A Juno űrszonda azóta perijove manővereket hajt végre – amikor az északi és a déli sarki régió között halad át -, körülbelül 53 napos periódussal. A 2016 júniusi megérkezése óta 5 perijove-ot hajtott végre, és a tervek szerint 2018 februárjáig összesen 12-t fog végrehajtani. Ekkor – hacsak nem hosszabbítják meg a küldetést – a szonda lekerül a pályáról, és elég a Jupiter külső légkörében.

A Juno a hátralévő útjai során további információkat fog gyűjteni a Jupiter gravitációjáról, mágneses mezejéről, légköréről és összetételéről. A remények szerint ezekből az információkból sokat megtudhatunk arról, hogy a Jupiter belseje, légköre és magnetoszférája közötti kölcsönhatás hogyan irányítja a bolygó fejlődését. És persze remélik, hogy meggyőző adatokkal szolgálnak a bolygó belső szerkezetéről.

Van-e a Jupiternek szilárd magja? A rövid válasz az, hogy nem tudjuk… még nem. Valójában nagyon is lehet, hogy vasból és kvarcból álló szilárd magja van, amelyet egy vastag fémhidrogén réteg vesz körül. Az is lehetséges, hogy e fémes hidrogén és a szilárd mag közötti kölcsönhatás miatt a bolygó valamikor régen elvesztette azt.

A jelen pillanatban csak abban reménykedhetünk, hogy a folyamatban lévő kutatások és küldetések további bizonyítékokat hoznak. Ezek valószínűleg nem csak a Jupiter belső szerkezetének és kialakulásának pontosabb megértését segítik majd, hanem a Naprendszer történetéről és kialakulásáról alkotott elképzeléseinket is pontosítják.