Scheervlucht langs kokend wolkendek van Jupiter

Juno scheerde op 21 december voor de zeventiende keer op een afstand van 4200 kilometer langs het wolkendek. Het doel is onder meer de sterke magnetosfeer onderzoeken. beeld Wikimedia
3

De sonde van de Junomissie scheert vlak voor Kerst voor de zeventiende keer rakelings langs het kolkende wolkendek van Jupiter. Vol verwachting kijkt Alex Scholten van Volkssterrenwacht Bussloo uit naar de meetgegevens die de satelliet deze keer naar de aarde zal zenden.

Jupiter is een leuk object om te bekijken, vertelt Scholten. „Met een telescoop vallen direct de gekleurde wolkenbanden op met de grote rode vlek en de vier manen, die hun schaduwen op het wolkendek van de planeet werpen.”

De bevlogen amateursterrenkundige reist het hele land door om lezingen te geven over de grootste planeet van ons zonnestelsel met zijn mysterieuze rode vlek en vier grootste manen die om de gasreus cirkelen. Zo hield Scholten onlangs voor de Alkmaarse weer- en sterrenkundige vereniging Metius in Alkmaar een lezing. Hij vertelde daar voor een volle zaal over de geheimen van Jupiter met zijn manen.

De eerste satellieten die begin jaren zeventig van de vorige eeuw naar Jupiter werden gestuurd waren de Pioneer 10 en 11. „Het doel was te verkennen of de sondes veilig door de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter konden vliegen zonder rotsblokken te raken.” Toen dat het geval bleek, werden de Voyagers 1 en 2 gelanceerd. Deze satellieten hadden meer meetapparatuur aan boord. Scholten: „De Voyagers maakten enkel een scheervlucht langs Jupiter, om daarna door te vliegen naar Saturnus, Uranus en Neptunus.”

Galileo

Midden jaren negentig vond de Galileomissie plaats. „Dit was de eerste missie waarbij een satelliet in een baan om Jupiter terechtkwam en tien jaar lang metingen rond de planeet met zijn manen verrichtte”, vertelt Scholten.

In december 1995 zond de Galileosatelliet een capsule het wolkendek in. „De capsule daalde als een vallende ster af in de atmosfeer. Op een diepte van 150 kilometer begaf de sonde het. Al die tijd werden er gegevens naar de Galileosatelliet gezonden.”

Tussendoor zijn er nog meer satellieten geweest die op hun reis door het zonnestelsel een scheervlucht langs de gasreus hebben gemaakt. De Junomissie is de actueelste. „Toen de Juno in 2016 bij de planeet aankwam, was het de bedoeling dat deze twee jaar zou werken. De omloopbaan zou in stappen worden verlaagd. Maar omdat de geplande korte baan om Jupiter mislukte, is de levensduur tot 2021 verlengd”, vervolgt Scholten. De ruimtesonde cirkelt nu in 53 dagen om de planeet in plaats van de beoogde 14 dagen.

Op vrijdag scheert Juno voor de zeventiende keer op een afstand van 4200 kilometer langs het wolkendek. Tijdens de passages is het vanwege de intense straling onmogelijk data te verzenden. „Pas als de sonde op veilige afstand is, worden de verzamelde gegevens naar de aarde gestuurd”, legt Scholten uit. De Junomissie verzamelt gegevens van de sterke magnetosfeer, het inwendige van de planeet en analyseert de gaslagen en wolkenbanden.

Jupiter draait in slechts 9 uur en 55 minuten om zijn as, terwijl de planeet tien keer de diameter van de aarde heeft. Scholten: „Door de snelle draaiing ontstaan er straalstromen in de atmosfeer met allerlei orkaanachtige structuren. In de wolkenbanden zijn windsnelheden van 350 kilometer per uur gemeten.”

Aan de polen is de draaiing veel minder. „Hierdoor ontstaan er heel andere wervelingen in de wolken”, verklaart Scholten. Op beide polen bevindt zich een grote cycloon met daaromheen meerdere kleinere cyclonen. De noordpool telt acht en de zuidpool vijf kleine cycloontjes. „Deze cyclonen zijn voor het eerst waargenomen toen de Juno in augustus 2016 over beide polen vloog.”

Helium

Jupiter bestaat voor 90 procent uit waterstofgas en een beetje helium. „Ondanks haar enorme afmetingen is de planeet fors kleiner dan de zon”, aldus de amateursterrenkundige. „De kern bestaat vermoedelijk uit rotsachtig materiaal. Daaromheen zit een soort dikke mantel van vloeibaar waterstof. Daarna een laag bestaande uit waterstofgas met mogelijk een waterlaag en ammoniak.”

In de buitenste gaslagen bevinden zich sporenelementen van zwavel, fosfor- en koolwaterstofverbindingen. Scholten: „Het zijn juist deze sporenelementen die zorgen voor de kleuringen van de buitenste gaslaag, waardoor die wolkenbanden vanaf aarde zichtbaar zijn.”

De buitenste gaslaag is overigens met min 125 graden Celsius bijzonder koud, terwijl de capsule van de Galileomissie die in de atmosfeer afdaalde op 132 kilometer diepte al een temperatuur van plus 130 graden Celsius registreerde. Die warmte produceert Jupiter zelf en is groter dan de energie die van de zon op grote afstand komt. „Deze energie wordt niet opgewekt door kernfusie, maar door de snelle rotatie en de druk in de gassen”, verklaart Scholten.

Rode vlek

In het wolkendek zitten ook allerlei witte vlekken. „Dit zijn ammoniabellen die naar boven borrelen”, legt Scholten uit. Nabij de polen worden bliksemontladingen waargenomen. „Dat duidt vermoedelijk op de aanwezigheid van water in de atmosfeer.” De mysterieuze rode vlek werd voor het eerst in de zeventiende eeuw waargenomen. Qua doorsnede is de vlek vergelijkbaar met de diameter van de aarde. Scholten: „Vroeger was deze veel groter en elliptischer. Ook is de kleur van fel rood naar gelig verschoven.”

Deze vlek is eigenlijk een gigantische anticycloon. Aan de randen zijn windsnelheden van boven de 400 kilometer per uur gemeten. Volgens Scholten is het geen gewone orkaan met een gat erin. „Hij steekt juist enkele kilometers boven het wolkendek uit.”

Mogelijk is de rode vlek ontstaan door een uitstulping in het wolkendek als gevolg van convectiestromen uit de diepere lagen. Op de vraag waar de gassen uit bestaan antwoordt de amateurastronoom: Dat weten we nog niet. „De oorzaak ligt mogelijk in een warmtebron dieper in de atmosfeer. De kleuren ontstaan door interactie tussen gassen en mogelijk organische moleculen met ultraviolette straling van de zon.”

De gasreus blijkt ook een enorm krachtige en vooral lange magnetosfeer te hebben. Hierdoor worden deeltjes van de zon gemakkelijk ingevangen, waardoor er poollicht is te zien. Scholten: „De magnetosfeer is zo sterk dat er zelfs boven Jupiters evenaar poollichtachtige verschijnselen worden waargenomen.”

----

Jupiter heeft ook ringen

Toen de Voyager 1 in de jaren zeventig langsscheerde bleek Jupiter tot ieders verrassing vier ringen te hebben.

„Ze werden per toeval op een foto opgemerkt”, zegt amateurastronoom Alex Scholten van Volkssterrenwacht Bussloo. „Toen de Voyager 2 een paar maanden later voorbijvloog, werd de aanwezigheid ervan bevestigd. De satelliet werd zo gepositioneerd dat het zonlicht op de ringen werd weerkaatst.”

In 1990 werden de ringen grondig onderzocht door de ruimtesonde Galileo Orbiter. De Hubble Space Telescope heeft de ringen ook waargenomen.

Het vlak van de ringen is een slordige 200.000 kilometer breed en neemt in dikte af van 300 kilometer voor de buitenste ring tot 30 kilometer voor de hoofdring. De binnenste ring bevindt zich op een afstand van ruim 20.000 kilometer van de buitenste gaslaag.

De ringen van Jupiter bestaan uit vier hoofdcomponenten (van binnen naar buiten): een dikke binnenste ring van deeltjes, ook wel bekend als de ”halo”, een lichte en uitzonderlijk dunne hoofdring, de Amaltheagossamerring en de Thebegossamerring. De smalle en relatief dunne hoofdring is het helderste deel van Jupiters ringenstelsel.

De ringen zijn echter een stuk donkerder en ijler dan de opvallende ringen van Saturnus. Scholten: „Het materiaal bestaat vermoedelijk uit stofdeeltjes met afmetingen van 0,1 tot 10 micrometer.”

----

De vier manen van Jupiter

De grootste verrassing waren de vier grootste manen van Jupiter. Alex Scholten: „Bij de eerste missie dachten de missieleiders dat die maantjes niet zo interessant waren. Gewoon klompen steen met kraters, vergelijkbaar met onze eigen maan. Maar dat bleek anders te zijn.” Jupiter telt overigens 79 manen: rotsblokken van enkele kilometers tot tientallen kilometers in doorsnee.

Op Io, de binnenste van de vier grootste bolvormige manen –die qua diameter vergelijkbaar is met onze eigen maan– komt vulkanisme voor. „Dat wordt veroorzaakt door de getijdenkrachten die op de maan inwerken”, verklaart Scholten. „Omdat Io in een elliptische baan dicht langs Jupiter draait, wordt de vloeibare mantel gekneed. Het oppervlak is bezaaid met actieve vulkanen die zwavel en fosfor uitstoten. Vandaar dat Io geelachtig is en geen oude inslagkraters heeft.”

De manen Europa, Ganymedes en Callisto zijn ijsmanen. Scholten: „Het oppervlak van Europa bestaat uit een laag ijs met scheuren en breuklijnen, waaruit een modderachtige substantie stroomt, die afkomstig is van een vloeibare laag daaronder. Daarom heeft de maan geen kraters.” Callisto telt de meeste inslagkraters. De maan is opgebouwd uit ijs en gesteente, omringd door een dikke ijslaag met kraters. Ganymedes is de grootste maan die ons zonnestelsel heeft. Scholten: „Hij is zelfs iets groter dan de planeet Mercurius.”