Po staletí astronomové pozorovali vířící povrch Jupiteru a byli ohromeni a mystifikováni svým vzhledem. Tajemství se prohloubilo, až v roce 1995 Galileo kosmická loď dosáhla Jupiteru a začala hlouběji studovat svou atmosféru. Od té doby astronomové zmateně přemýšleli o svých barevných pásmech a přemýšleli, zda se jedná pouze o povrchový jev, nebo o něco hlouběji.
Díky Juno kosmická loď, která obíhá kolem Jupiteru od července 2016, jsou nyní vědci mnohem blíže k odpovědi na tuto otázku. Tento minulý týden byly zveřejněny tři nové studie na základě Juno data, která představila nová zjištění o Jupiterově magnetickém poli, jeho vnitřní rotaci a o tom, jak hluboké jsou jeho pásy. Všechna tato zjištění revidují to, co si vědci myslí o Jupiterově atmosféře a jejích vnitřních vrstvách.
Studie byly nazvány „Měření Jupiterova asymetrického gravitačního pole“, „Jupiterovy proudy atmosférického proudu se rozprostírají tisíce kilometrů hluboko“ a „Potlačení diferenciální rotace v hlubokém interiéru Jupiteru“, které byly zveřejněny v Příroda 7. března 2018. Studie vedl prof. Luciano Iess z římské univerzity Sapienza, druhý prof. Yohai Kaspi a Dr. Eli Galanti z Weizmann Institute of Science a třetí prof. Tristan Guillot z Observatoire de la Cote d'Azur.
Výzkumné úsilí vedli profesoři Kaspi a Dr. Galanti, kteří kromě toho, že byli hlavními autory druhé studie, byli spoluautori dalších dvou. Pár se na tuto analýzu připravoval již dříve Juno zahájena v roce 2011, během které vytvořili matematické nástroje pro analýzu dat gravitačního pole a pro lepší pochopení Jupiterovy atmosféry a její dynamiky.
Všechny tři studie byly založeny na údajích shromážděných Juno jak to přecházelo z jednoho z Jupiterových pólů na druhý každých 53 dní - manévr známý jako „perijove“. Při každém průchodu použila sonda svou pokročilou sadu nástrojů, aby nahlédla pod povrchové vrstvy atmosféry. Kromě toho byly měřeny rádiové vlny emitované sondou, aby se určilo, jak byly posunuty gravitačním polem planety s každou orbitou.
Jak astronomové již nějakou dobu rozuměli, proudy Jupitera proudí v pásmech od východu na západ a od západu na východ. Přitom narušují rovnoměrné rozložení hmoty na planetě. Měřením změn v gravitačním poli planety (a tím i této masové nerovnováhy) dokázali analytické nástroje Dr. Kaspi a Dr. Galanti vypočítat, jak hluboké jsou bouře pod povrchem a jaká je jeho vnitřní dynamika.
Především tým očekával, že najde anomálie kvůli způsobu, jakým se planeta odchyluje od dokonalé koule - což je způsobeno tím, jak ji její rychlá rotace mírně rozmačká. Hledali však také další anomálie, které by mohly být vysvětleny kvůli přítomnosti silného větru v atmosféře.
V první studii použil Dr. Iess a jeho kolegové přesné Dopplerovo sledování Juno kosmická loď provádí měření Jupiterových gravitačních harmonických - sudých i lichých. Zjistili, že Jupiterovo magnetické pole má severojižní asymetrii, což svědčí o vnitřních tocích v atmosféře.
Analýza této asymetrie byla sledována ve druhé studii, kde Dr. Kaspi, Dr. Galanti a jejich kolegové použili změny v gravitačním poli planety k výpočtu hloubky proudových proudů Jupiteru na východ a západ. Měřením toho, jak tyto trysky způsobují nerovnováhu v Jupiterově gravitačním poli a dokonce narušují hmotu planety, dospěli k závěru, že sahají do hloubky 3000 km (1864 mil).
Z toho všeho prof. Guillot a jeho kolegové provedli třetí studii, kde využili předchozí poznatky o gravitačním poli planety a proudech proudů a výsledky porovnali s predikcemi interiérových modelů. Z toho určili, že vnitřek planety rotuje téměř jako tuhé tělo a že diferenciální rotace klesá dále dolů.
Kromě toho zjistili, že zóny atmosférického proudění se rozšířily na hloubku 2 000 km (1243 mil) až 3 500 km (2175 mil), což bylo v souladu s omezeními získanými z lichých gravitačních harmonických. Tato hloubka také odpovídá bodu, kde by elektrická vodivost byla dostatečně velká, aby magnetický odpor potlačil diferenciální rotaci.
Na základě svých zjištění tým také vypočítal, že atmosféra Jupitera představuje 1% z jeho celkové hmotnosti. Pro srovnání je atmosféra Země menší než miliontina své celkové hmotnosti. Jak vysvětlil Dr. Kaspi v tiskové zprávě Weizzmann Institute, bylo to docela překvapivé:
"To je mnohem víc, než si myslel kdokoli, a víc než to, co bylo známo z jiných planet sluneční soustavy." To je v podstatě hmotnost rovnající se třem zemím pohybující se rychlostí desítek metrů za sekundu. “
Celkově řečeno, tyto studie vrhají nové světlo na atmosférickou dynamiku a vnitřní strukturu Jupiteru. V současné době zůstává téma toho, co leží v jádru Jupitera, nevyřešeno. Ale vědci doufají, že budou analyzovat další měření Juno aby zjistil, zda má Jupiter pevné jádro, a pokud ano, určit jeho hmotnost. To zase pomůže astronomům naučit se hodně o historii a formaci sluneční soustavy.
Kaspi a Galanti se navíc snaží využít některé ze stejných metod, které vyvinuli, aby charakterizovali proudové proudy Jupiteru, aby vyřešily jeho nejznámější rys - Jupiterovu velkou červenou skvrnu. Kromě určení, jak hluboko se tato bouře rozšiřuje, doufají také, že se naučí, proč tato bouře přetrvávala po tolik staletí a proč se v posledních letech výrazně zmenšuje.
Očekává se, že mise Juno bude zabalena v červenci 2018. S výjimkou prodloužení bude sonda provádět řízený deorbit do atmosféry Jupitera poté, co provedla perijové 14. Avšak i po skončení mise vědci budou analyzovat data, která shromáždili pro nadcházející roky. To, co to odhalí o největší planetě sluneční soustavy, povede také dlouhou cestu k informování o porozumění sluneční soustavě.
