Het weerbericht op de polen van Jupiter en Saturnus is zo extreem en tegelijk zo verschillend dat het al jaren voor hoofdbrekens zorgt bij onderzoekers. Waarom denderen er op de ene gasreus meerdere draaikolken rond in een vast patroon, terwijl er op de andere één gigantische zeshoekige storm woedt?
Wie de beelden van passerende ruimtevaartuigen bestudeert van de polen op Jupiter en Saturnus, heeft niet in de gaten dat de twee planeten zoveel met elkaar gemeen hebben. Jupiter vertoont een spectaculair patroon van negen enorme draaikolken: één centrale storm omringd door acht kleinere.
Saturnus daarentegen pakt het minimalistischer aan. Zijn noordpool wordt gedomineerd door één reusachtige storm die een mysterieuze zeshoekige vorm heeft aangenomen. Beide planeten zijn gasreuzen, ongeveer even groot en ze bestaan allebei grotendeels uit waterstof en helium. Toch gedragen hun poolstormen zich totaal anders. Al jaren vragen planeetwetenschappers zich af: hoe kan dat?
Het antwoord ligt onder de oppervlakte
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) denken nu de verklaring te hebben gevonden. Het heeft waarschijnlijk te maken met de zachtheid en dichtheid van de binnenkant van de gasreuzen.
“Wat we aan het oppervlak zien, kan ons iets vertellen over wat er diep vanbinnen gebeurt”, legt hoofdonderzoeker Wanying Kang uit. “De eigenschappen van het binnenste van een planeet hebben invloed op het stromingspatroon dat bovenin de atmosfeer wordt gecreërd.”
Draaikolken opslokken
De onderzoekers vergelijken in hun studie de poolstormen met enorme, draaiende cilinders die door verschillende lagen van de atmosfeer snijden. Hoe groot zo’n storm kan worden, hangt af van de samenstelling van de onderste lagen waar hij op rust. Is die basis zacht en licht, dan blijft de omvang van de storm beperkt. Je ziet dan meerdere kleinere draaikolken die naast elkaar kunnen bestaan, zoals bij Jupiter. Maar is die basis harder en dichter, dan kan een storm blijven groeien, andere draaikolken opslokken en uitgroeien tot één allesoverheersende kolos, precies wat we op Saturnus zien.
“Niemand had eerder zo’n direct verband gelegd tussen het weer aan de oppervlakte en de eigenschappen van het planetaire binnenste”, zegt Kang. “Saturnus heeft een hardere bodem dan Jupiter. Dat is een mogelijke verklaring voor de verschillende weersomstandigheden op de polen.”
Simulaties van kosmisch weer
Om deze hypothese te testen, maakten Kang en haar collega Jiaru Shi computermodellen van stromingen op gasreuzen. Ze vereenvoudigden het probleem tot twee dimensies, omdat de snelle rotatie van Jupiter en Saturnus ervoor zorgt dat bewegingen langs de rotatie-as vrijwel gelijk blijven. “In zo’n snel draaiend systeem verandert het stromingspatroon nauwelijks in de diepte”, legt Kang uit. “Daardoor kunnen we een ingewikkeld 3D-probleem terugbrengen tot 2D. Dat scheelt enorm in rekentijd.”
Het team liet in hun modellen willekeurige, chaotische stromingen los op een denkbeeldige planeet en keken wat er na verloop van tijd gebeurt. Ze speelden met de waarden van eigenschappen als rotatiesnelheid, interne warmte en vooral de zachtheid van de onderste lagen en zagen twee duidelijke uitkomsten ontstaan: óf een gigantische poolstorm, óf meerdere kleinere.
Een blik in het hart van gasreuzen
De resultaten zijn veelzeggend, aldus Shi: “Wat we aan het oppervlak van Jupiter en Saturnus zien, vertelt ons hoe zacht of hard het binnenste van die planeten is. Mogelijk bevat Saturnus meer zware, metaalrijke materialen of stoffen die gemakkelijker condenseren. Dat zorgt ervoor dat Saturnus een stevigere gelaagdheid heeft dan Jupiter.”
Het lijkt er dus sterk op dat poolstormen ons indirect een kijkje geven in het hart van de gasreuzen. Door naar de kosmische draaikolken te kijken, gaat een verborgen wereld voor ons open.
