Resultater fra NASAs Juno opdaterer Jupiter-vandmysteriet

NASAs Juno-mission har givet sine første videnskabelige resultater om mængden af ​​vand i Jupiters atmosfære. Udgivet for nylig i tidsskriftet Natur astronomi , Juno-resultaterne anslår, at ved ækvator, vand udgør omkring 0,25 % af molekylerne i Jupiters atmosfære - næsten tre gange Solens. Dette er også de første fund om gasgigantens overflod af vand, siden agenturets Galileo-mission i 1995 antydede, at Jupiter kunne være ekstremt tør sammenlignet med Solen (sammenligningen er ikke baseret på flydende vand, men på tilstedeværelsen af ​​dets komponenter, ilt og brint, til stede i solen).

Et nøjagtigt skøn over den samlede mængde vand i Jupiters atmosfære har stået på planetforskernes ønskeliste i årtier:Figuren i gasgiganten repræsenterer en kritisk manglende brik til puslespillet om vores solsystems dannelse. Jupiter var sandsynligvis den første planet til at danne, og det indeholder det meste af gas og støv, der ikke var inkorporeret i Solen.

De førende teorier om dens dannelse hviler på mængden af ​​vand, som planeten opsugede. Vandoverflod har også vigtige konsekvenser for gasgigantens meteorologi (hvordan vindstrømme flyder på Jupiter) og indre struktur. Mens lyn - et fænomen, der typisk er drevet af fugt - opdaget på Jupiter af Voyager og andre rumfartøjer, antydede tilstedeværelsen af ​​vand, et nøjagtigt skøn over mængden af ​​vand dybt inde i Jupiters atmosfære forblev uhåndgribeligt.

Før Galileo-sonden stoppede med at sende 57 minutter ind i sin jovianske nedstigning i december 1995, den udsendte spektrometermålinger af mængden af ​​vand i gasgigantens atmosfære ned til en dybde på omkring 75 miles (120 kilometer), hvor det atmosfæriske tryk nåede omkring 320 pounds per square inch (22 bar). Forskerne, der arbejdede på dataene, var forfærdede over at finde ti gange mindre vand end forventet.

Endnu mere overraskende:Mængden af ​​vand, som Galileo-sonden målte, så ud til at være stadig stigende på den største målte dybde, langt under, hvor teorier antyder, at atmosfæren skal være godt blandet. I en godt blandet atmosfære, vandindholdet er konstant i hele regionen og er mere sandsynligt, at det repræsenterer et globalt gennemsnit; med andre ord, det er mere sandsynligt, at det er repræsentativt for vand på hele planeten. Når det kombineres med et infrarødt kort opnået på samme tid af et jordbaseret teleskop, resultaterne tydede på, at sondemissionen måske bare var uheldig, prøvetagning af et usædvanligt tørt og varmt meteorologisk sted på Jupiter.

"Lige når vi tror, ​​vi har fundet ud af tingene, Jupiter minder os om, hvor meget vi stadig har at lære, " sagde Scott Bolton, Juno hovedforsker ved Southwest Research Institute i San Antonio. "Junos overraskende opdagelse af, at atmosfæren ikke var godt blandet, selv et godt stykke under skytoppene, er et puslespil, som vi stadig forsøger at finde ud af. Ingen ville have gættet, at vandet kunne være så varierende på tværs af planeten."

Måling af vand fra oven

En roterende, soldrevne rumfartøjer, Juno blev lanceret i 2011. På grund af Galileos sondeerfaring, missionen søger at opnå aflæsninger af vandoverflod på tværs af store områder af den enorme planet. En ny slags instrument til planetarisk udforskning i dybt rum, Junos Microwave Radiometer (MWR) observerer Jupiter fra oven ved hjælp af seks antenner, der måler atmosfærisk temperatur på flere dybder samtidigt. Mikrobølgeradiometeret udnytter det faktum, at vand absorberer visse bølgelængder af mikrobølgestråling, det samme trick, som mikrobølgeovne bruger til hurtigt at opvarme mad. De målte temperaturer bruges til at begrænse mængden af ​​vand og ammoniak i den dybe atmosfære, da begge molekyler absorberer mikrobølgestråling.

Juno videnskabsholdet brugte data indsamlet under Junos første otte videnskabelige flyby-bys af Jupiter til at generere resultaterne. De koncentrerede sig oprindeligt om det ækvatoriale område, fordi atmosfæren der virker mere velblandet, selv i dybden, end i andre regioner. Fra dens orbitale aborre, radiometeret var i stand til at indsamle data fra en langt større dybde ind i Jupiters atmosfære end Galileo-sonden – 150 kilometer, hvor trykket når omkring 480 psi (33 bar).

"Vi fandt, at vandet i ækvator var større end hvad Galileo-sonden målte, " sagde Cheng Li, en Juno-forsker ved University of California, Berkeley. "Fordi ækvatorialregionen er meget unik ved Jupiter, vi er nødt til at sammenligne disse resultater med, hvor meget vand der er i andre regioner."

Nordlig bundet

Junos 53-dages kredsløb bevæger sig langsomt nordpå, efter hensigten, bringer mere af Jupiters nordlige halvkugle i skarpere fokus med hver forbiflyvning. Videnskabsholdet er ivrige efter at se, hvordan atmosfærisk vandindhold varierer efter breddegrad og region, samt hvad de cyklonrige poler kan fortælle dem om gasgigantens globale vandoverflod.

Junos 24. videnskabelige flyby af Jupiter fandt sted den 17. februar. Den næste videnskabelige flyby finder sted den 10. april, 2020.

"Hver videnskabsflyvning er en opdagelsesbegivenhed, " sagde Bolton. "Med Jupiter er der altid noget nyt. Juno har lært os en vigtig lektie:Vi er nødt til at komme tæt på en planet for at teste vores teorier."