Jupiterova jezgra sastavljena je od malih protoplaneta – tzv. planetezimala – a novo otkriće trebalo bi pomoći razumijevanju povijesti formiranja plinovitog diva, ali i cijelog Sunčevog sustava.
Jupiter ‘pojeo planete’
Jupiterova unutrašnjost formirana je od ostataka malih protoplaneta koje je plinoviti div ‘progutao’ dok se širio i postajao div kakvog danas poznajemo. Tu informaciju donosi novo istraživanje u kojem su istraživači analizirali kemijski sastav planeta ispod oblačne vanjske atmosfere planeta. Naime, do sada nam je unutrašnjost planeta bila prilično nepoznata zbog guste vanjske atmosfere i stalnih oluja koje blokiraju poglede teleskopa.
Jupiter je vjerojatno nastao u prvih nekoliko milijuna godina nakon formiranja Sunčevog sustava, što ga čini jednim od prvih planeta našeg susjedstva. Međutim, iako imamo okvirnu sliku kada je nastao, velika nam je nepoznanica kako je nastao!
‘Stjenoviti’ početak plinovitog diva
Sada su istraživači napokon uspjeli proviriti kroz Jupiterov oblačni pokrivač koristeći gravitacijske podatke koje je prikupila NASA-ina svemirska sonda Juno. Ovi podatci omogućili su timu da mapira stjenoviti materijal u jezgri divovskog planeta, koji je otkrio iznenađujuće veliko obilje teških elemenata. Kemijski sastav sugerira da je Jupiter progutao manje planete – ili planetezimale – te tako potaknuo svoj ekspanzivni rast.
Iako je Jupiter danas pretežno plinovita kugla, ipak je svoj život započeo nagomilavanjem kamenog materijala – baš kao i svaki drugi planet u Sunčevom sustavu. Kako je gravitacija planeta uvlačila sve više i više stijena, stjenovita jezgra postala je toliko gusta da je počela uvlačiti velike količine plina iz dalekih udaljenosti (pretežno vodika i helija koji su preostali nakon rođenja Sunca). Vremenom je na taj način formirana ogromna atmosfera ispunjena plinom.
Željezni meteoriti i tragovi ranog Sunčevog sustava
Kako je formiran Jupiter?
Postoje dvije teorije o tome kako je Jupiter uspio prikupiti svoj početni kameni materijal. Jedna teorija kaže da je Jupiter nakupio milijarde manjih svemirskih stijena, koje astronomi nazivaju ‘šljunkom’ (iako su te stijene po veličini vjerojatno bliže kamenim gromadama). Suprotna teorija, koju podupiru nalazi iz nove studije, jest da je Jupiterova jezgra nastala apsorpcijom mnogih planetezimala –velikih svemirskih stijena koje se protežu nekoliko kilometara i koje u ranom sustavu mogu, potencijalno, djelovati kao ‘sjemenke’ iz kojih vremenom izrastaju manji stjenoviti planeti (poput Zemlja ili Mars).
Međutim, do sada nije bilo moguće definitivno odgovoriti na pitanje koja je teorija točnija. Kako bi pokušali riješiti raspravu, istraživači su trebali izgraditi sliku Jupiterove unutrašnjosti. Istraživači su izgradili računalne modele Jupiterove ‘utrobe’ kombinirajući niz podataka podatke – primarno podatke koje je prikupila Juno te njen prethodnik Galileo. Sonde su mjerile gravitacijsko polje planeta u različitim točkama oko njegove orbite.
Podatci su pokazali da kameni materijal koji je nagomilao Jupiter ima visoku koncentraciju teških elemenata, koji tvore guste-krute tvari i stoga imaju jači gravitacijski učinak od plinovite atmosfere. Ovi podatci omogućili su timu da iscrta male varijacije u gravitaciji planeta, što im je pomoglo da utvrde gdje se točno nalazi kameni materijal unutar planeta. Modeli su otkrili da unutar Jupitera postoji ekvivalent između 11 i 30 Zemljinih masa teških elemenata (3% do 9% Jupiterove mase), što je puno više od očekivanog.
‘Šljunak-‘ ili ‘planetezimali-‘ teorija?
Istraživanje je ustanovilo da je teorija o planetezimalima utemeljenije. Naime, teorija nakupljanja ‘šljunka’ ne može objasniti tako visoku koncentraciju teških elemenata. Da se Jupiter u početku formirao od kamenčića, eventualni početak procesa nakupljanja plina, nakon što je planet bio dovoljno velik, odmah bi završio fazu stjenovite akrecije.
S druge strane, planetezimali su mogli doći do Jupiterove jezgre čak i nakon što je počela faza nakupljanja plina – tj. gravitacijsko privlačenje stijena bilo bi veće od pritiska plina. Ovo istovremeno nakupljanje kamenitog materijala i plina koje predlaže planetezimalna teorija jedino je objašnjenje za visoke razine teških elemenata unutar Jupitera.
Još jedno zanimljivo otkriće
Studija je također otkrila još nešto o Jupiterovoj unutrašnjosti. Naime, ona se ne miješa dobro s gornjom atmosferom, što je suprotno onome što su znanstvenici prije očekivali. Novi model Jupiterove unutrašnjosti pokazuje da su teški elementi koje je planet apsorbirao ostali uglavnom blizu njegove jezgre i niže atmosfere. Istraživači su pretpostavili da je toplinsko strujanje (ili konvekcija) pomiješalo Jupiterovu atmosferu, tako da bi se topliji plin u blizini jezgre planeta podigao do vanjske atmosfere prije nego što bi se ohladio i pao natrag- Međutim da je to slučaj, teški elementi bi se ravnomjernije miješali u atmosferi. Istraživači su predložili da je moguće da određene regije imaju manji učinak konvekcije, a potrebno je daljnje istraživanje kako bi se točno utvrdilo što se događa unutar atmosfere plinovitog diva.
Važnost novih spoznaja
Nalazi bi mogli promijeniti priče o podrijetlu drugih planeta u Sunčevom sustavu, budući da je Jupiter bio najutjecajniji planet u formiranju Sunčevog sustava. Točnije, njegova gravitacijska sila pomogla je u oblikovanju veličine i orbite kozmičkog susjedstva, pa određivanje načina na koji je nastao ima važne učinke na druge planete. Nalazi također upućuju na potencijalno planetezimalno podrijetlo za druge plinovite divove u Sunčevom sustavu – tj. Saturn, Uran i Neptun. Znanstvenici se sada nadaju da će – obogaćeni novim svemirskim teleskopom James Webb – u budućnosti moći još više i bolje razumjeti bliže i udaljenije svjetove plinovitih divova.
15 zanimljivosti o planetu Jupiteru
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram
Izvori:
Y. Miguel et al., „Jupiter’s inhomogeneous envelope,“ Astronomy & Astrophysics (2022).
