Modellezéssel nézhetünk be a Jupiter felhői alá

A Jupitert körbeölelő felhőzet az óriásbolygó egyik legizgalmasabb tulajdonsága, ennek változásait világszerte figyelik a hivatásos és a hobbicsillagászok. Az óriásbolygó felhői azonban olyan vastag rétegűek, hogy még az ott keringő műholdak se tudnak a mélyükre pillantani. Így pedig jelentősen nehezebbé válik az égitest folyamatainak, összetételének megértése – ezek pedig a bolygókeletkezésről alkotott tudásunkhoz nélkülözhetetlenek.

Nemrégiben egy, a Chicagói Egyetem kutatója vezette csoport új modellszámítási módszerekkel „nézett” a Jupiter felhőinek mélyére. A kutatást a The Planetary Science Journal folyóiratban tették közzé.

A korábbi Galileo, illetve a még jelenleg is működő Juno űrszondák is végeztek méréseket a Jupiter légkörének összetételén. A Galileo a szén, a kén és a nitrogén mennyiségét tudta felmérni, a Juno pedig kissé mélyebbre is belátott, így képes volt az oxigén és a hidrogén arányát is megbecsülni. A kutatók most két korábbi modellt összekapcsoltak.

Az egyik azt vizsgálta, hogy miként keverednek a légköri gázok függőleges mozgásuk során a légkörben, miféle kémiai reakciók és folyamatok játszódnak le ekkor. A másik pedig a légkör dinamikus mozgását vette figyelembe. Ennek segítségével a kutatók a Jupiter légköri oxigénjének mennyiségét is tisztázták: születésekor mintegy másfélszer annyit kapott az óriásbolygó, mint amennyi a Napnak jutott.

Jól ismerjük a Jupiter látványos, nagy viharrendszereit, mint például az évszázados múltú Nagy Vörös Foltot. Arról azonban nem sokat tudunk, mi rejlik e viharos réteg alatt. A keringő szondák mérni tudták a felső réteg összetevőit, így például az ammóniát, a metánt, szén-monoxidot többek közt. Ezen adatokat kombinálták azután a szakemberek a lehetséges kémiai reakciókkal, így megalkotva a légkör modelljét.

Azonban eddig a kutatások egy fontos kérdésben nem értettek egyet: mennyi is a víz, és így az oxigén a légkörben? Most a friss kutatásban erre találtak megoldást a szakemberek, új típusú kémiai modellezés segítségével.

A problémák gyökerét az jeleneti, hogy a Jupiter légkörkémiája rendkívül összetett. Elég abba belegondolni, hogy a légkör mély rétegeiben forróság uralkodik, míg a felső rétegek hidegek. (A Galileo űrszonda a légkörben végezte be működését, és 133 kilométerrel a felhőtető alatti rétegben szűnt meg a tőle érkező rádióadás. Ebben a mélységben +135 Celsius-fokot mért, míg a felhőtetők szintjén kb. -120 Celsius-fok uralkodik.)

Érthető módon az egyes vegyületek ekkora hőmérsékleti különbségeket átszelve légköri útjukon halmazállapotot is váltanak, illetve eltérő molekulákká alakulnak át, miközben kémiai reakciók ezernyi típusa játszódik le köztük. Ez még nem elég: a légkör modellezéséhez azt is figyelembe kell venni, hogy a felhők és az azokat alkotó cseppecskék miként viselkednek.

A kutatók számára ezért volt különösen fontos, hogy kombinálni tudják a légkörkémiát és a légkörfizikát. Az így elvégzett modellszámításokból sikerült kikövetkeztetni, hogy mintegy másfélszer annyi oxigén lehet a Jupiter légkörében, mint a Napban. Ez alapján azután arra is lehet már következtetéseket levonni, hogy vajon a Jupiter ott jött-e létre, ahol jelenleg van, avagy a Naptól távolabb, esetleg közelebb hozzá?

Ez tükröződik abban, hogy mennyi víz lehet egy bolygón, ugyanis az oxigén jelentős részét víz formájában tartalmazzák e bolygók. Ha a Naptól nagyobb távolságban jött létre a bolygó, akkor több vízre tudott szert tenni, mivel a víz ott fagyott állapotban volt, és jégként pedig sokkal könnyebben épül be az égitestekbe.

E folyamatok nemcsak a saját Naprendszerünk, hanem a távol bolygórendszerek megértésében is nagy fontosságúak. Így pedig már nagyobb bizonyossággal tudunk egy bolygó tulajdonságaiból arra is következtetni, hogy vajon van-e ott esélye bármiféle életnek.

Ezen felül az új modellszámítás arról is mesél, hogy valószínűleg 35-40-szer lassabb a Jupiter függőleges légköri cirkulációja, mint korábban gondoltuk. Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy míg korábban úgy vélték a szakemberek, egy molekulának néhány órára van szüksége, hogy egy légköri rétegnyit (néhány kilométernyit) emelkedjen vagy süllyedjen, az új modellezés alapján több hetet is igénybe vehet.