Forskere får øje på cyklonenes femkantede mønster - og låser op for hemmelighederne i planeternes indre

Vi genkender alle Jupiter ved dets båndede mønster af modroterende zoner og bælter-dette kan ses selv med små havteleskoper. Disse fantastiske strukturer drives af hurtige jetstrømme, der er synlige i planetens skyer. Men hvad der sker i nærheden af ​​dets poler og under dets skyer har længe været lidt af et mysterium.

Takket være dens unikke bane, NASAs Juno-mission har nu afsløret nogle af Jupiters bedst bevarede hemmeligheder. Resultaterne, udgivet i fire artikler i Natur , vise, at planeten har overraskende "polygonale" former af cykloner ved sine poler - herunder en femkant ved sydpolen - og at dens båndede struktur vedvarer til 3 dybder, 000 km.

Fra Jorden og rumfartøjer i bestemte baner, vi kan kun se Jupiters ækvatoriale regioner godt. Faktisk, dette har været tilfældet for alle tidligere missioner til planeten. Billeder fra Voyager, Cassini og Galileo-orbiteren gav en storslået udsigt over zonebæltestrukturen og langvarige storme som f.eks. Den Store Røde Plet. Galileo -sonden tog kun prøver til 160 km under skyerne på ét sted.

Juno har en unik, stærkt elliptisk bane, giver den den første gode udsigt over Jupiters poler. Hver 53 dage siden juli 2016, det har fejet så tæt som 4, 100 km over Jupiters skyer, giver den en fantastisk udsigt over dens aurora - en type "nordlys" forårsaget af elektriske strømme i den hurtigt roterende magnetosfære (et magnetfelt), der interagerer med planetens atmosfære - og polarområderne i atmosfæren i synlige, infrarødt og ultraviolet lys.

Samt at studere aurora og magnetosfæren, Juno hjælper også forskere med at undersøge tyngdefeltet i Jupiters indre i udsøgte detaljer ved at overvåge små justeringer til rumfartøjets bane - ned til 3, 000 km under skyerne.

At være den største planet i solsystemet, Jupiter kan prale af en radius mere end 10 gange Jordens, næsten 70, 000 km. De modroterende vinde i zoner og bælter når hastigheder på 100 meter i sekundet. Dens hovedsammensætning er hydrogen og helium - rester fra den tætte sky af gas og støv, kendt som soltågen, der dannede vores solsystem for 4,6 milliarder år siden.

Under skyens toppe, gastrykket menes at stige enormt. På bare 3, 000 km under skyerne, trykket skal nå 100, 000 bar, hvilket er det tryk, der er nødvendigt for at syntetisere diamant på Jorden. Længere mod midten, trykket og temperaturen stiger endnu mere, og brintet begynder at opføre sig som et metal. Modeller viser, at endnu længere inde ville vi nå en iskold og stenet kerne med en radius på omkring 20% ​​af Jupiters. Modellerne er dog ikke så pålidelige, og det er her Juno kommer ind.

Særlige polære mønstre

Forskere blev enormt overraskede, første gang de så polerne på en anden gasgigant - Saturn. Cassini bekræftede Voyager -opdagelsen af ​​en ejendommelig, enorme sekskantstræk i Saturns atmosfære nær polerne. Dette omgiver en polar orkan med en diameter på 1, 250 km.

Ved den større Jupiter, forskere havde slet ikke regnet med at se dette mønster. I stedet, teorier antydede, at zoner og bælter i midten ville svækkes mod polerne og føre til kaotisk turbulens, frem for strukturerede mønstre.

Men tak til Juno, forskere har nu opdaget en enorm cyklon ved hver pol, omkring 4, 000 km i diameter i nord og 5, 600 km mod syd. Bemærkelsesværdigt, disse er omgivet af otte cykloner af lignende størrelse i nord, og fem i syd. Disse cykloner virker bemærkelsesværdigt stabile over den tid, som Juno har afbildet dem i det synlige og infrarøde.

De otte nordlige cykloner danner en "ditetragon" -form (dette får du, hvis du forbinder to pyramider ved basen), og de fem sydlige cykloner danner en femkantet form (se blybillede). Vi forstår endnu ikke, hvad der forårsager dem, og hvorfor de er så vedholdende. Kraften fra Jupiters rotation, kombineret med dens mindre radius ved polen, forventes at flytte mange flere cykloner poleward kontinuerligt, men dette ser ikke ud til at ske.

Under skyerne

En anden af ​​Jupiters mysterier var, om dens zoner og bælter var lavt eller dybt i atmosfæren. Junos svar er dybt.

Dette resultat kom fra målinger af dets tyngdekraftsfelt, som forskere nu har opdaget, udviser en nord-syd-asymmetri. Dette var uventet hos Jupiter - en tung, hurtigt roterende, oblat (fladtrykt ved polerne) planet. Forklaringen er, at atmosfæriske strømninger under skyerne skal være til stede.

Et andet papir afslører, at disse atmosfæriske jetstrømme cirkulerer under hver af zoner og bælter, og nå helt ned til 3, 000 km. Imidlertid, atmosfæremassen involveret i disse enorme bevægelser svarer kun til omkring 1% af Jupiters samlede masse.

Ved at overvåge, hvordan hele planeten roterer, forskere opdagede også, at under 3000 km -niveauet Jupiter snurrer effektivt som en stiv krop - langsommere end den kvælende gas ovenfor. På dette niveau, temperaturen og trykket får elektriske strømme til at strømme, og dette skaber en magnetisk trækkraft, som begynder at bremse vindbevægelsen.

De nye resultater kan nu sættes i kontekst med andre organer - især med Saturn, med sin zonebæltevind, der når 500 meter i sekundet. Baseret på det, vi nu ved om Jupiter, det forekommer sandsynligt, at Saturns jetstrømme når endnu dybere til 9, 000 km. At sammenligne modeller af Jupiters vedholdende cykloner med Saturns sekskant og orkan kan også hjælpe os med at forstå, hvad der forårsager disse mystiske træk.

Spændende, de nye data kan også hjælpe os med at forstå gasgigantplaneter i andre solsystemer. For eksempel, vi ved nu, at de større end Jupiter ville have mindre dybe jetstrømme under deres zoner og bælter.

Fremtidige missioner som ESA's JUICE og foreslåede Saturn atmosfæriske sonder kan muligvis se dybere end Juno kan, at fortælle os mere om den dybe indre struktur på denne storslåede kæmpe planet - i sidste ende hjælpe os med at få et fuldstændigt billede af, hvordan den dannede og udviklede sig.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.