Jupiterove spektakularne oblake svi znamo s fotografija, ali ono što se događa ispod njih i dalje je “tvrd orah”. Novi rad znanstvenika sa Sveučilišta u Chicagu i iz Laboratorija za mlazni pogon donosi dosad najcjelovitiji model Jupiterove atmosfere i nudi konkretan odgovor na jednu od najspornijih tema planetarne znanosti: koliko kisika sadrži najveći planet Sunčeva sustava. Procjena kaže da Jupiter ima približno jedan i pol puta više kisika nego Sunce, što sužava scenarije o tome kako su se planeti uopće formirali.
“To je dugotrajna rasprava u planetarnim znanostima”, rekla je Jeehyun Yang, poslijedoktorska istraživačica na Sveučilištu u Chicagu i prva autorica rada. “To je dokaz kako najnovija generacija računalnih modela može promijeniti naše razumijevanje drugih planeta.”
Oblaci, oluje i kemijski kaos
O Jupiterovu nemirnom nebu zna se najmanje 360 godina. Toliko je prošlo otkako su astronomi s prvim teleskopima zabilježili neobičnu, veliku i postojanu mrlju na površini planeta. Danas je poznata kao Velika crvena pjega: golema oluja, dvostruko veća od Zemlje, koja se vrtloži stoljećima.
No ona je tek jedna od brojnih. Zbog žestokih vjetrova i dubokih oblaka cijela je vidljiva Jupiterova “površina” prekrivena kaleidoskopom oluja. Upravo tu počinje problem: ne zna se precizno što se nalazi ispod tog sloja. Oblaci su toliko gusti da je NASA-ina letjelica Galileo izgubila kontakt sa Zemljom dok je 2003. godine tonula u dublje slojeve atmosfere. Sljedeća misija koja je stigla do Jupitera, Juno, danas planet katalogizira iz sigurne udaljenosti, iz orbite.
Mjerenja iz orbite mogu opisati sastav gornje atmosfere. Među zabilježenim komponentama su amonijak, metan, amonijev hidrosulfid, voda i ugljikov monoksid, među ostalima. Znanstvenici su te podatke kombinirali sa znanjem o kemijskim reakcijama kako bi izgradili modele Jupiterove duboke atmosfere. Ipak, različite studije nisu se slagale u ključnim točkama, primjerice u procjeni količine vode, a time i kisika. Yang je u toj nesigurnosti vidjela priliku da na složeno pitanje primijeni novu generaciju kemijskog modeliranja.
Kemija Jupiterove atmosfere iznimno je složena. Molekule putuju između ekstremno vrućih uvjeta u dubini i hladnijih gornjih slojeva. Usput mijenjaju faze i preslaguju se u druge molekule kroz tisuće različitih vrsta reakcija. No nije dovoljno pratiti samo kemiju: u jednadžbu ulaze i oblaci, kapljice i njihovo ponašanje.
Zato je Yang s timom u jedan model prvi put ugradila i kemiju i hidrodinamiku. “Trebate oboje”, rekla je Yang. “Kemija je važna, ali ne uključuje kapljice vode ni ponašanje oblaka. Sama hidrodinamika previše pojednostavljuje kemiju. Zato ih je važno spojiti.”
Koliko kisika ima Jupiter i zašto je to važno
Jedan od ključnih rezultata je nova procjena količine kisika na Jupiteru. Analiza sugerira da planet vjerojatno ima oko 1,5 puta više kisika nego Sunce. O toj se brojci znanstvenici spore desetljećima. Jedna velika novija studija smjestila ju je znatno niže, na tek trećinu Sunčeve vrijednosti.
No taj omjer nije puka statistika. Posebno je relevantan za rekonstrukciju nastanka Sunčeva sustava. Elementi od kojih su sastavljeni planeti, ali i mi sami, ista su “tvar” od koje je sastavljeno i Sunce. Ipak, razlike u količinama tih elemenata mogu biti tragovi koji pomažu složiti priču o tome kako su planeti morali nastati.
Primjerice, jedno je od ključnih pitanja je li Jupiter nastao ondje gdje je danas ili se formirao bliže ili dalje od Sunca pa se kasnije premjestio. Tragovi se traže u tome što je velik dio Jupiterova kisika vezan u vodi. Voda, ovisno o udaljenosti od Sunčeve topline, može prijeći u led, a tada se u formiranju planeta ponaša drukčije nego kao vodena para. Led se, naime, lakše “ugrađuje” u rastući planet nego para, pa omjeri vode i kisika mogu upućivati na uvjete u kojima je Jupiter skupljao materijal.
Takvo razumijevanje ne završava na Jupiteru. Ako se bolje zna koji uvjeti stvaraju koje vrste planeta, to pomaže i u potrazi za nastanjivim planetima izvan Sunčeva sustava.
Model je sugerirao i još jednu važnu stvar: Jupiterova atmosfera vjerojatno cirkulira gore-dolje mnogo sporije nego što se dugo vjerovalo. “Naš model sugerira da bi difuzija morala biti 35 do 40 puta sporija u odnosu na standardnu pretpostavku”, rekla je Yang. Kao ilustracija: jednoj molekuli trebalo bi nekoliko tjedana da prođe kroz jedan sloj atmosfere, umjesto nekoliko sati.
“To doista pokazuje koliko još moramo učiti o planetima, čak i u vlastitom Sunčevu sustavu”, rekla je Yang.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
