Jupiter

Jupiter in cijfers

Jupiter is niet alleen de grootste planeet in ons zonnestelsel, ze is bovendien zwaarder dan alle andere planeten samen. Zo zwaar dat we eigenlijk bijna kunnen spreken van een ster. Bijna, want sterren stralen licht uit, terwijl Jupiter (net als alle andere planeten) alleen zonlicht kan reflecteren. Jupiter is eigenlijk een soort bruine dwerg, een categorie van hemellichamen tussen planeten en sterren in. Deze hebben net niet genoeg massa om in hun binnenste de kernfusie te laten gebeuren die nodig is om licht uit te stralen. Toch straalt Jupiter twee keer meer energie uit dan hij ontvangt van de zon. Een deel van deze energie wekt de planeet alleszins op door lichtjes samen te trekken. De planeetvorming is dus nog volop bezig bij Jupiter!

Jupiter heeft ook een hele familie maantjes. Vooral de vier grote manen Io, Europa,Ganymedes en Callisto zijn bijzonder interessant, maar ook de kleinere satellieten van de planeet geven boeiende aanwijzingen over de geschiedenis van ons zonnestelsel. Daarnaast heeft Jupiter, net als de andere gasreuzen, ook een ringenstelsel. Gewone kleine ijsmaantjes kregen de kans niet om zich te vormen in het Jupiterstelsel. Jupiter bezit ook een ijl ringenstelsel, bestaande uit drie erg verschillende ringen.

Baan en rotatie

Jupiter draait in amper tien uur rond zijn as. De gasreus is door de middelpuntvliedende kracht ten gevolge van deze snelle draaiing duidelijk een afgeplatte bol. Jupiter draait in 4 332 dagen, oftewel 11,86 jaar om de zon.

Jupiter is zo'n zware planeet, dat hij de banen van menig ander object in het zonnestelsel beïnvloedt of bepaalt. Denk maar aan de Trojanen of de komeet Shoemaker-Levy 9.

Opbouw van de planeet

Jupiter heeft een kleine kern ("klein" betekent in dit geval ongeveer 15 maal zo groot als de aarde), waar de temperatuur 24 000 °C bedraagt. Deze kern is opgebouwd uit gesmolten gesteente.

Rond de kern bevindt zich een oceaan van waterstof (H) en Helium (He), tot een vloeistof samengeperst onder een druk van 10 miljard bar. Door deze gigantische druk wordt de waterstof ook metaalachtig en dus geleidend, zodat er rond Jupiter een magnetisch veld ontstaat dat 20 000 maal sterker is dan dat van de aarde.

Boven deze laag "vloeibare metaalwaterstof" ligt een dikke laag gewone vloeibare waterstof, die het grootste deel van de planeet uitmaakt.

Daarbovenop ten slotte ligt een dunne atmosfeer van 1 000 km dik, met voornamelijk waterstof en helium, maar ook met sporen methaan, water, ammoniak en waterstofsulfide.

De Jupiter-atmosfeer

De sporen methaan, water, ammoniak en waterstofsulfide in de atmosfeer van Jupiter condenseren tot wolken die de hele planeet onder een dichte, bruinachtige sluier bedekken. Deze wolken worden voortbewogen door winden die, naargelang de breedtegraad, afwisselend oost- en westwaarts blazen, met snelheden tot soms 500 kilometer per uur.

Links: de bewegingen in de Jupiterbewolking, zoals waargenomen door Voyager 1.
Rechts: de grote Rode Vlek. [Foto's: JPL]

Hoe ontstaan deze winden? Op aarde wordt het weersysteem voornamelijk gestuurd door de warmte die we van de zon krijgen en door de geografische verschillen op het oppervlak. Op Jupiter, waar geen oppervlak is en de straling van de zon minder sterk, is een andere kracht aan het werk: de warmte die de planeet zelf uitstraalt. Daardoor ontstaan vanuit het inwendige van de planeet kleine wervelingen die, naarmate ze hoger komen, krachtiger worden en in elkaar opgaan. Deze wervelwinden zetten de wolkenbanden in beweging, zoals wieltjes onder een lopende band.

De temperatuur in de atmosfeer van Jupiter bedraagt -130 °C aan de toppen van de wolken, tot 30 °C op een diepte van 70 km.

De Rode Vlek is een gebied van enorme omvang. Het is eigenlijk een hogedrukgebied dat in zes dagen rond de planeet draait. Tijdens die rotatie slorpt het alle kleinere wervelingen op die het tegenkomt en neemt het hun draaiingsenergie over. De Rode Vlek is dus eigenlijk geen storm of orkaan, maar een gewone anticycloon.

Naast de rode vlek waren er, sinds de jaren 1930, drie kleinere vlekken op Jupiter zichtbaar, die Ovaal FA, Ovaal BC en Ovaal DE genoemd werden. In 1998 botsten de twee laatsten tegen elkaar, en vormden ze Ovaal BE. Twee jaar later werd ook Ovaal FA opgeslorpt en werd Ovaal BA gevormd. In augustus 2005 merkten waarnemers op dat deze Ovaal BA, die oorspronkelijk grijs-wit van kleur was, plots rood geworden was. Tegenwoordig is Ovaal BA even rood als de Grote Rode Vlek, en wordt ze soms de "Grote Rode Vlek junior" genoemd. Mogelijk zullen Ovaal BA en de Grote Rode Vlek in de toekomst ook samensmelten: de beide anticyclonen zijn elkaar in het verleden al enkele malen gepasseerd, en raken elkaar om de twee jaar.

Magnetisch veld

Jupiter heeft een enorm magnetisch veld, opgewekt door de vloeibare metallische waterstof in zijn binnenste. Het magnetisch veld strekt zich achter de planeet uit tot 650 miljoen km van de planeet, zelfs voorbij de baan van Saturnus.

Rondom Jupiter, waar de zonnewind tegen het magnetische veld van de planeet botst, ontstaat een straling van hoog-energetische deeltjes, te vergelijken met de Van Allen-gordels van de aarde. De nabije maantjes van Jupiter, en dan vooral het maantje Io, bewegen zich in deze zone met intense straling, wat onder meer mee het actieve vulkanisme op Io verklaart.

De inslag van komeet Shoemaker-Levy 9

In de periode tussen 18 en 24 juli 1994 kreeg Jupiter een reeks inslagen van de komeet Shoemaker-Levy 9 te verwerken. Twee jaar eerder was de komeet door de zwaartekracht van Jupiter uit elkaar getrokken, tot een lange sliert van zestien kleinere komeetjes. Deze sloegen één voor één in op de reuzenplaneet.

De komeet Shoemaker-Levy 9, nadat ze was uiteengerukt door de gravitatiekrachten van Jupiter. [Foto: STScI]

De inslag van Shoemaker-Levy 9 is van belang omdat hij veel gelijkenis vertoont met het kosmische bombardement dat ons zonnestelsel teisterde in het begin van zijn bestaan. Bij de inslag van het grootste brokstuk, op 21 juli 1994, kreeg Jupiter een klap van 250 000 megaton TNT te verduren.

Vanop aarde kregen we van de inslagen zelf niets te zien: ze gebeurden namelijk op de achterkant van de planeet. Gelukkig duurde het maar drie kwartier voor we de plek van de inslag te zien kregen: de inslagen gebeurden vlak bij de ochtendlijn, en de inslaggebieden schoven dus kort daarna naar de voorkant van de Jupiterschijf.

Na de inslag van de eerste brokstukken toonde de Hubble Space Telescope een zwarte vlek met een diameter van 6 000 km, half zo groot als de aarde dus. Er ontstonden echter geen grote draaikolken, en dus ook geen nieuwe "Grote Rode Vlek", zoals sommigen hadden gedacht. De explosie zorgde wel voor een enorme plotse warmteontwikkeling. Op infraroodfoto's was een vuurzuil te zien die heter was dan het vulkanische maantje Io. Ook werd op 19 juli, bij de inslag van brokstuk K, een opstoot van röntgenstralen gemeten. De straling hield drie minuten aan, en werd mogelijk veroorzaakt door de verstoring van het magnetische veld van Jupiter door het brokstuk.

Afbeelding: Enkele sporen, nagelaten door de impact van brokken van de komeet Shoemaker-Levy 9 op Jupiter. [Foto: STScI]

De littekens op Jupiter bleven een tweetal jaar bestaan, in de vorm van wervelingen in de atmosfeer en donkere plekjes waar gaten in de wolken waren geslagen. Intussen is Jupiter echter geheel hersteld.

Ruimtesondes bij Jupiter

Pioneer 10 en 11

De ruimtesondes Pioneer 10 en 11, gelanceerd in 1972 en 1973, waren de eerste tuigen om het binnenste zonnestelsel te verlaten en door deplanetoïdengordel te varen. Pioneer 10 was het eerste ruimtetuig dat close-ups van Jupiter naar de aarde stuurde. De sonde passeerde de planeet op een afstand van 130 000 km van de wolkentoppen. Pioneer 11 passeerde zelfs op 43 000 km.

Voyager 1 en 2

De twee Voyager-ruimtetuigen werden in 1977 gelanceerd en hadden de vier gasplaneten als doel. In 1979 kwamen ze voorbij Jupiter, waar ze foto's van het oppervlak namen die de foto's die vanop aarde waren genomen fel overtroffen. Samen namen de Voyagers meer dan 33 000 foto's van Jupiter en zijn maantjes. Op die foto's werden onder meer het vulkanisme op Io en het dunneringenstelsel van Jupiter ontdekt.

Voorbijreizende sondes

Menig interplanetair ruimtetuig gebruikt de zwaartekracht van Jupiter om snelheid te winnen. Zo hebben ze minder brandstof nodig om op hun bestemming te geraken. Jupiter gaf onder andere Ulysses, Magellan en Cassini een duwtje naar respectievelijk de zon, Venus en Saturnus.

De Galileosonde

In 1995 kwam de Galileosondeaan bij Jupiter. Na een passage van Europa en Io scheerde de sonde boven de wolkentoppen van de gasreus op 215 000 km hoogte en werd ze in een baan om de planeet geplaatst.

Enkele maanden eerder was Galileo in twee gesplitst: een afdalingssonde dook met een snelheid van 170 000 km per uur naar de planeet zelf om in het wolkendek door te dringen. Daar werd ze door de wrijving vertraagd tot slechts 1 600 km per uur. Daarbij kreeg het hitteschild een temperatuur van 1 550 °C te verduren, en verloor het 90 kilogram aan materiaal. Toen de snelheid voldoende was afgenomen kon de parachute worden geopend en het hitteschild afgeworpen.

Op dat moment bevond de sonde zich op slechts 50 km boven de Jupiterwolken, waar een temperatuur van -160 °C heerste en een druk van 0,1 bar. Terwijl de sonde daalde, bleven temperatuur en druk stijgen. 150 kilometer lager, na een uur afdaling, bedroeg de temperatuur al 160 °C en de druk 25 bar. Doordat de batterijen leeg waren en de wolkenlaag te dik werd voor de zender, werd het contact toen verbroken. De sonde zelf zakte voort weg in de planeet, waarbij alle materialen wegsmolten en verdampten tot er uiteindelijk niets meer van overbleef.

De afdalingssonde werd heen en weer geschud door enorme stormwinden met snelheden tot 700 km per uur, veel meer dan verwacht. Deze turbulentie hield aan tot op grote diepte, waaruit we kunnen afleiden dat het windensysteem op Jupiter niet door de zon wordt geregeld (zoals op aarde) maar door de inwendige warmte van de planeet.

Ook de verwachte dichte bewolking bleef uit. Er werd geen waterdamp waargenomen, maar enkel een dunne laag ammoniumhydrosulfide-wolken. Telescopische waarnemingen van op aarde wezen uit dat de sonde toevallig net door een klein gaatje in het wolkendek was gedoken.

De Galileo Orbiter, het tweede deel van de Galileomissie, was zonder twijfel één van de meest succesvolle ruimtevaartmissies ooit. Acht jaar lang stuurde Galileo een onafgebroken stroom van informatie door naar de aarde. Het eerste onderdeel van de missie duurde twee jaar, waarbij Galileo 11 maal rond Jupiter zweefde in steeds verschillende banen. Daarbij werden de drie buitenste Galileïsche manen van zeer nabij onderzocht. De binnenste maan Io werd daarbij niet te dicht benaderd, omdat deze zich binnen de gevaarlijke stralingszone van Jupiter bevindt.

Na twee jaar gegevens verzamelen hadden de wetenschappers veel bijgeleerd over het Jupiterstelsel. Maar ze hadden ook talloze nieuwe vragen die beantwoord moesten worden. Omdat Galileo nog niet versleten was, werden extra missies opgesteld. De eerste daarvan nam de maan Europa in het vizier. Het oppervlak en het inwendige van de ijsmaan werden zeer uitgebreid onderzocht. Galileo bevestigde de theorie dat er onder het oppervlakte-ijs van Europa een gigantische oceaan ligt. Vervolgens werd de sonde naar Io gestuurd. Daar ontdekte het ruimtetuig een lavafontein. De straling zorgde er echter voor dat het ruimtetuig zichzelf tijdelijk in een veiligheidsstand plaatste. Gelukkig slaagden ingenieurs erin Galileo weer tot leven te wekken.

De verschillende passages doorheen de stralingszone van Jupiter hebben de Galileo-sonde echter geen goed gedaan. Daarom besloot NASA de missie stop te zetten, en het tuig te laten opbranden in de Jupiteratmosfeer. Men wilde immers niet het risico lopen dat Galileo op de maan Europa zou neerstorten, omdat er een kleine kans is dat daar levende organismen bestaan. Die organismen zouden door eventuele aardse microben op de Galileosonde kunnen worden aangetast. Tijdens haar tocht naar Jupiter kreeg Galileo bovendien de kans om het kleine maantje Amalthea te onderzoeken. In september 2003 kreeg Galileo een waardig einde met een crematie in de gasplaneet waarrond ze acht jaar had gecirkeld.

Cassini

Op haar weg naar Saturnus passeerde ook de sonde Cassinide planeet Jupiter, op 30 december 2000. Galileo was intussen al 5 jaar bezig met de studie van de planeet. Het was de eerste keer dat een planeet door twee ruimtetuigen tegelijkertijd van nabij werd onderzocht.

Juno

De Juno missie is een missie die gelanceerd is in augustus 2011. Het doel is om informatie te verzamelen over het ontstaan van de atmosfeer van Jupiter. En zeer precieze data te verzamelen over zijn magnetische velden. Dit doen ze vanuit een polaire baan rond Jupiter. De sonde is blootgesteld aan hoge hoeveelheden radiatie en is daarom voorzien om relatief snel zijn missie te beëindigen om dan neer te storten op Jupiter.