Skryté hloubky Jupitera: Simulace naznačuje, že planeta obsahuje 1,5krát více kyslíku než Slunce
Na povrchu Jupitera se víří ohromné mraky. Tyto mraky obsahují vodu, stejně jako na Zemi, ale na plynném gigantovi jsou mnohem hustší – tak husté, že žádná vesmírná loď nebyla schopna přesně změřit, co leží pod nimi.
Nová studie vedená vědci z Univerzity v Chicagu a Jet Propulsion Lab nám však poskytla hlubší pohled na tuto planetu tím, že vytvořila dosud nejúplnější model Jupiterské atmosféry.
Mezi jinými věcmi analýza zodpovídá dlouholetou otázku o množství kyslíku, které plynný gigant obsahuje: Odhaduje, že Jupiter má přibližně 1,5krát více kyslíku než Slunce. To pomáhá vědcům zúžit obraz o tom, jak se všechny planety v naší sluneční soustavě utvořily.
"To je dlouho trvající debata ve studiu planet," řekl Jeehyun Yang, postdoktorand na UChicago a hlavní autor článku. "Je to svědectvím o tom, jak poslední generace výpočetních modelů může transformovat naše chápání jiných planet."
Studie byla zveřejněna 8. ledna v The Planetary Science Journal.
Mraky a chemie
O bouřlivých oblohách Jupitera víme už alespoň 360 let – to kdy astronomové používající rané teleskopy zdokumentovali znepokojivou, velkou stálou skvrnu na povrchu Jupitera. Velká červená skvrna je obrovská bouře, která je dvakrát větší než Země a víří po staletí. Je to jen jedna z mnoha na planetě, protože silné větry a hluboké mraky znamenají, že celý povrch Jupitera je pokryt kaleidoskopem bouří.
Co ale nevíme, je přesně to, co leží pod těmito bouřemi. Mraky jsou tak husté, že vesmírná loď NASA Galileo ztratila kontakt se Zemí, když se v roce 2003 ponořila do hlubší atmosféry. Další mise, která navštíví Jupiter, Juno, aktuálně katalogizuje planetu ze bezpečné vzdálenosti na orbitě.
Tyto měření z orbity nám mohou říci o složení v horní atmosféře: amoniak, metan, amonný hydrosulfid, voda a oxid uhelnatý, mezi jinými. Vědci tyto informace zkombinovali s poznatky o chemických reakcích, aby vytvořili modely hluboké atmosféry Jupitera.
Ale studie se lišily v určitých bodech, například ohledně toho, kolik vody – a tedy kyslíku – planeta obsahuje. Yang viděl příležitost aplikovat novou generaci chemického modelování na tuto složitou otázku.
Chemie Jupiterské atmosféry je nesmírně komplexní. Molekuly putují mezi extrémně horkými podmínkami hluboko v atmosféře a chladnějšími horními oblastmi, mění fáze a přeuspořádávají se do různých molekul prostřednictvím tisíců různých typů reakcí. Ovšem chování mraků a kapek musí být také zohledněno.
Aby lépe zachytili všechny tyto jevy, Yang pracoval s týmem vědců na začlenění jak chemie, tak hydrodynamiky do jednoho modelu – poprvé.
"Obojí potřebujete," řekl Yang. "Chemie je důležitá, ale nezapojuje vodní kapky nebo chování mraků. Hydrodynamika sama o sobě zjednodušuje chemii příliš. Takže je důležité je spojit."
Elementární otázky
Mezi zjištěními je nový výpočet, kolik kyslíku Jupiter má. Podle jejich analýzy má Jupiter pravděpodobně asi 1,5krát více než Slunce.
Desetiletí vědci diskutovali o tomto čísle. Nedávná významná studie ho stanovila mnohem níže, pouze na třetinu množství Slunce.
Ale znalost této statistiky je obzvlášť relevantní pro pochopení toho, jak se naše sluneční soustava utvořila.
Všechny prvky, které tvoří planety – a nás – jsou stejné, které tvoří Slunce. Ale mohou existovat rozdíly v množství těchto materiálů, a tyto stopy nám mohou pomoci poskládat, jak se musely planety utvořit. Například, vznikl Jupiter na stejném místě, kde je nyní, nebo se utvořil blíže nebo dále a časem se posunul? Stopy mohou pocházet z toho, že většina kyslíku na planetě je vázána ve vodě, která zmrzne – a bude se chovat jinak – pokud je příliš daleko od tepla Slunce. Led je pro planety snazší akumulovat než vodní páru.
Znalost více o tom, jaké podmínky vytvářejí jaké druhy planet, nám může pomoci, když hledáme obyvatelné planety mimo naši sluneční soustavu.
Model také naznačil, že atmosféra Jupitera pravděpodobně cirkuluje mnohem pomaleji nahoru a dolů, než se dosud věřilo.
"Náš model naznačuje, že difuze by musela být 35 až 40krát pomalejší, než jsme dříve předpokládali," řekl Yang. Například by trvalo jedné molekule několik týdnů, aby se přesunula přes jednu vrstvu atmosféry, spíše než na hodiny.
"Opravdu to ukazuje, kolik se ještě musíme naučit o planetách, dokonce i v naší vlastní sluneční soustavě," dodal Yang.
