Are Jupiter un nucleu solid?

Giganții gazoși au fost întotdeauna un mister pentru noi. Din cauza norilor lor denși și învolburați, este imposibil să privim bine în interiorul lor și să determinăm adevărata lor structură. Având în vedere distanța la care se află față de Pământ, trimiterea de nave spațiale către ele necesită mult timp și este costisitoare, ceea ce face ca misiunile de cercetare să fie puține și rare. Și din cauza radiațiilor intense și a gravitației puternice, orice misiune care încearcă să le studieze trebuie să o facă cu atenție.

Și totuși, oamenii de știință au fost timp de decenii că acest gigant gazos masiv are un nucleu solid. Acest lucru este în concordanță cu teoriile noastre actuale cu privire la modul în care sistemul solar și planetele sale s-au format și au migrat spre pozițiile lor actuale. În timp ce straturile sale exterioare ale lui Jupiter sunt compuse în principal din hidrogen și heliu, creșterile de presiune și densitate sugerează că mai aproape de nucleu, lucrurile devin solide.

Structură și compoziție:

Jupiter este compus în principal din materie gazoasă și lichidă, cu materie mai densă dedesubt. Atmosfera sa superioară este compusă din aproximativ 88-92% hidrogen și 8-12% heliu ca procent de volum al moleculelor de gaz, și aproximativ 75% hidrogen și 24% heliu ca masă, restul de unu la sută fiind format din alte elemente.

Atmosfera conține urme de metan, vapori de apă, amoniac și compuși pe bază de siliciu, precum și urme de benzen și alte hidrocarburi. Există, de asemenea, urme de carbon, etan, hidrogen sulfurat, neon, oxigen, fosfină și sulf. Cristale de amoniac înghețat au fost, de asemenea, observate în stratul cel mai exterior al atmosferei.

Interiorul conține materiale mai dense, astfel încât distribuția este de aproximativ 71% hidrogen, 24% heliu și 5% alte elemente ca masă. Se crede că nucleul lui Jupiter este un amestec dens de elemente – un strat înconjurător de hidrogen metalic lichid cu puțin heliu și un strat exterior predominant de hidrogen molecular. De asemenea, nucleul a fost descris ca fiind stâncos, dar și acest lucru rămâne necunoscut.

În 1997, existența nucleului a fost sugerată de măsurători gravitaționale, indicând o masă de 12 până la 45 de ori mai mare decât masa Pământului, sau aproximativ 4%-14% din masa totală a lui Jupiter. Prezența unui nucleu este, de asemenea, susținută de modelele de formare planetară care indică modul în care un nucleu stâncos sau înghețat ar fi fost necesar la un moment dat în istoria planetei pentru a colecta tot hidrogenul și heliul din nebuloasa protosolară.

Cu toate acestea, este posibil ca acest nucleu să se fi micșorat între timp datorită curenților de convecție ai hidrogenului metalic fierbinte, lichid, care se amestecă cu nucleul topit. Este posibil ca acest nucleu să fie chiar absent în prezent, dar este necesară o analiză detaliată înainte ca acest lucru să poată fi confirmat. Se așteaptă ca misiunea Juno, care a fost lansată în august 2011 (a se vedea mai jos), să ofere o perspectivă asupra acestor întrebări și, astfel, să facă progrese în ceea ce privește problema nucleului.

Formarea și migrația:

Teoriile noastre actuale privind formarea sistemului solar susțin că planetele s-au format în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani dintr-o nebuloasă solară (i.e. ipoteza nebuloasă). În concordanță cu această teorie, se crede că Jupiter s-a format ca urmare a atracției gravitaționale care a atras împreună nori turbionari de gaz și praf.

Jupiter a dobândit cea mai mare parte a masei sale din materialul rămas de la formarea Soarelui și a ajuns să aibă o masă de peste două ori mai mare decât masa combinată a celorlalte planete. De fapt, s-a conchis că, dacă Jupiter ar fi acumulat mai multă masă, ar fi devenit o a doua stea. Acest lucru se bazează pe faptul că compoziția sa este similară cu cea a Soarelui – fiind alcătuită predominant din hidrogen.

În plus, modelele actuale de formare a sistemului solar indică, de asemenea, că Jupiter s-a format mai departe de poziția sa actuală. În ceea ce este cunoscut sub numele de Ipoteza Grand Tack, Jupiter a migrat spre Soare și s-a așezat în poziția sa actuală cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă. S-a susținut că această migrație ar fi putut duce la distrugerea primelor planete din sistemul nostru solar – care ar fi putut include Super-Pământurile mai apropiate de Soare.

Explorare:

Chiar dacă nu a fost prima navă spațială robotizată care l-a vizitat pe Jupiter sau prima care l-a studiat de pe orbită (acest lucru a fost făcut de sonda Galileo între 1995 și 2003), misiunea Juno a fost concepută pentru a investiga misterele mai profunde ale gigantului jovian. Printre acestea se numără interiorul lui Jupiter, atmosfera, magnetosfera, câmpul gravitațional și determinarea istoriei formării planetei.

Misiunea a fost lansată în august 2011 și a atins orbita în jurul lui Jupiter pe 4 iulie 2016. În timp ce sonda a intrat pe orbita eliptică polară, după ce a finalizat o aprindere de 35 de minute a motorului principal, cunoscută sub numele de Jupiter Orbital Insertion (sau JOI). Pe măsură ce sonda s-a apropiat de Jupiter de deasupra polului său nordic, a avut parte de o vedere a sistemului jovian, căruia i-a făcut o ultimă fotografie înainte de a începe JOI.

De atunci, sonda spațială Juno a efectuat manevre perijove – în care trece între regiunea polară nordică și cea polară sudică – cu o perioadă de aproximativ 53 de zile. Aceasta a efectuat 5 perijove de când a sosit în iunie 2016 și este programată să efectueze un total de 12 până în februarie 2018. În acest moment, în lipsa unor prelungiri ale misiunii, sonda va fi de-orbitată și va arde în atmosfera exterioară a lui Jupiter.

În timp ce își va efectua trecerile rămase, Juno va colecta mai multe informații despre gravitația, câmpurile magnetice, atmosfera și compoziția lui Jupiter. Se speră că aceste informații ne vor învăța multe despre modul în care interacțiunea dintre interiorul lui Jupiter, atmosfera sa și magnetosfera sa determină evoluția planetei. Și, bineînțeles, se speră să ofere date concludente despre structura interioară a planetei.

Trece Jupiter un nucleu solid? Răspunsul scurt este că nu știm… deocamdată. În realitate, ar putea foarte bine să aibă un nucleu solid compus din fier și cuarț, care este înconjurat de un strat gros de hidrogen metalic. Este, de asemenea, posibil ca interacțiunea dintre acest hidrogen metalic și nucleul solid să fi făcut ca planeta să îl piardă cu ceva timp în urmă.

În acest moment, tot ce putem face este să sperăm că studiile și misiunile în curs de desfășurare vor aduce mai multe dovezi. Acestea sunt susceptibile nu numai să ne ajute să ne perfecționăm înțelegerea structurii interne a lui Jupiter și a formării sale, ci și să ne perfecționăm înțelegerea istoriei sistemului solar și a modului în care acesta a luat naștere.