Onder het schilderachtige buitenlaagje van de gasreus gaat een voor ons onzichtbaar omhulsel schuil. En in dat omhulsel gaan dingen net iets anders dan gedacht.

Dat suggereert een nieuw onderzoek, uitgevoerd door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van Yamila Miguel, werkzaam bij het Nederlands instituut voor ruimte-onderzoek (SRON). Waarnemingen van ruimtesonde Juno – als enige in staat om dwars door dat schilderachtige buitenlaagje van Jupiter heen te kijken – hinten er volgens de onderzoekers op dat de gassen in de atmosfeer van Jupiter – tegen alle verwachtingen in – niet uniform verdeeld zijn. Zo blijkt het binnenste deel van die atmosfeer (die zich dus dichter bij de kern van de planeet bevindt) veel meer ‘metalen’ (elementen zwaarder dan waterstof en helium) te bevatten dan de buitenste laag.

Verrassend
“Dat is heel verrassend,” zo vertelt Miguel aan Scientias.nl. “Want omdat de planeet energie en hitte vanuit het binnenste naar de buitenste lagen transporteert, werd aangenomen dat dit planeetwijd gebeurde middels convectie.” Dat proces – convectie – ken je ongetwijfeld; het vindt onder meer regelmatig plaats op je inductieplaat. Bijvoorbeeld wanneer je eieren kookt. Het water onderin de pan wordt als eerste warm en stijgt op, terwijl het koudere water bovenin juist naar beneden beweegt. Zo ontstaat een circulaire beweging. Op het moment dat je iets aan die pan toevoegt – bijvoorbeeld een kleurstof – dan zul je zien dat die door convectie ingegeven bewegingen ervoor zorgen dat het zich al snel homogeen over de pan verdeelt. “Op vergelijkbare wijze zou convectie de materialen in het omhulsel van de planeet Jupiter vermengd hebben,” legt Miguel uit. “Maar onze resultaten laten dus iets anders zien en tonen aan dat Jupiter niet – zoals eerder wel werd gedacht – overal deze manier van energietransport gebruikt.” Want de gassen in Jupiters omhulsel zijn dus niet uniform verdeeld; de zwaardere elementen zijn beter vertegenwoordigd in de binnenste laag dan in de buitenste laag.

Juno
De onderzoekers trekken die conclusie zoals gezegd op basis van waarnemingen van ruimtesonde Juno. De sonde doet sinds 2016 onderzoek naar Jupiter en is ontworpen om te achterhalen wat onder de voor ons zichtbare, schitterende buitenlaag van de gasreus te vinden is. “Juno heeft een baan die specifiek ontworpen is om – door het zwaartekrachtsveld boven verschillende locaties te meten – meer inzicht te geven in de wijze waarop massa over de planeet verdeeld is en ons zo een beter beeld te geven van de interne structuur van de planeet,” legt Miguel uit.

Vorming
Juno onthult zo niet alleen dat Jupiter niet uniform is, maar stelt onderzoekers bovendien in staat om vast te stellen hoeveel metalen het omhulsel van Jupiter in totaal herbergt. Bij elkaar opgeteld blijken de metalen in het voor ons onzichtbare omhulsel van de planeet goed te zijn voor 11 tot 30 keer het gewicht van de aarde, zo schrijven Miguel en collega’s in het blad Astronomy & Astrophysics. En ook dat is waardevolle informatie, omdat het meer inzicht geeft in de wijze waarop Jupiter gevormd is. Zo hint de rijkdom aan metalen binnen Jupiter erop dat deze niet uit kleine steentjes, maar uit kilometergrote rotsblokken ontstaan is. “Sommige wetenschappers denken dat Jupiter (en gasreuzen in het algemeen) vormen doordat kleine ruimtesteentjes (in de orde van centimeters) samenklonteren of botsen,” zo vertelt Miguel. “We weten echter dat als een babyplaneet eenmaal groot genoeg is, hij de kleine steentjes weg gaat duwen en alleen nog groeit door gas aan te trekken. Het resultaat is dat het uit gassen opgebouwde omhulsel heel weinig zware elementen herbergt. Er zijn echter ook mensen die denken dat grote objecten (in de orde van kilometers) de bouwblokken van Jupiter vormden.” Die grotere rotsblokken (ook wel planetesimalen genoemd) kan de groeiende Jupiter niet zo gemakkelijk weggeduwd hebben. “En daarom bleven zij terwijl Jupiter gas verzamelde, op de planeet vallen en dat resulteert er dan weer in dat het omhulsel veel rijker is aan metalen (elementen anders dan waterstof en helium, de belangrijkste componenten van gas). Wat onze resultaten nu laten zien, is dat de hoeveelheid en distributie van metalen op de planeet niet in lijn is met de groei door middel van kleine steentjes alleen. Planetesimalen moeten ook een rol hebben gespeeld in de vorming van de planeet.”

Exoplaneten
De bevindingen geven ons niet alleen meer inzicht in hoe Jupiter in elkaar steekt, zo denkt Miguel. “Onze resultaten laten zien dat het transport van energie anders verloopt dan eerder werd gedacht en dat beïnvloedt niet alleen onze kijk op Jupiter, maar hint er tevens op dat andere gasreuzen ook geen homogene structuur hebben. En dat kan weer consequenties hebben voor ons begrip van alle gasreuzen, waaronder ook exoplaneten. Met het oog op de nieuwe kennis en informatie die we dankzij telescopen zoals de James Webb Space Telescope zullen gaan verwerven, kan dat inzicht weer heel belangrijk zijn op het moment dat we de door deze telescopen verzamelde data gaan interpreteren.”

Nog meer geheimen
Ondertussen heeft ook Jupiter nog wel het één en ander te verbergen. “Er blijven veel onopgeloste mysteries,” stelt Miguel. “Zo weten we nog steeds niet waar Jupiter gevormd is, hoe de planeet migreerde, welke invloed de planeet had op de levering van water op aarde (door planetoïden en kometen, red.) en we weten natuurlijk ook nog steeds niet hoe de kern van de planeet in elkaar steekt.”

Op sommige van die vragen kan Juno misschien nog een antwoord helpen formuleren, want NASA besloot vorig jaar om de missie van de sonde nog met een paar jaar te verlengen. Eigenlijk had de sonde vorig jaar zomer Jupiter moeten rammen, maar omdat deze nog altijd goed functioneert, zal de sonde in ieder geval tot september 2025 nog onderzoek doen naar Jupiter en omgeving. In die periode zal Juno niet alleen Jupiter nog eens nader onder de loep nemen, maar ook langs de ijle ringen van de gasreus en enkele manen van Jupiter scheren.