Diep onder de stormachtige hemel van Jupiter ligt een cruciale aanwijzing voor hoe alle planeten in ons zonnestelsel zijn ontstaan. In een nieuwe studie gebruikten wetenschappers geavanceerde computermodellen om onder de dichte, kolkende wolken van Jupiter te kijken en een vraag te beantwoorden die de wetenschappelijke gemeenschap al tientallen jaren plaagt: hoeveel zuurstof bevat de gasreus werkelijk? Uit het onderzoek blijkt dat Jupiter ongeveer anderhalf keer meer zuurstof heeft dan de zon, wat niet alleen de oorsprong ervan, maar ook de vroege geschiedenis van het zonnestelsel helpt verklaren.
“Het laat echt zien hoeveel we nog moeten leren over planeten, zelfs in ons eigen zonnestelsel”, zegt Jihyun Yang, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago en hoofdauteur van het onderzoek. Waarnemingen over een periode van meer dan 360 jaar laten zien dat de atmosfeer van Jupiter wordt gedomineerd door enorme en langlevende stormen, zoals de iconische Grote Rode Vlek, die qua oppervlakte groter is dan de aarde.
Het rechtstreeks meten van de diepe atmosfeer van Jupiter is echter uiterst moeilijk. Ruimtemissies zoals NASA’s Juno kunnen de zwaartekracht- en magnetische velden van de planeet bestuderen, terwijl oudere missies alleen gegevens van de bovenste gaslagen hebben verzameld. Maar de zuurstof op Jupiter zit grotendeels ‘opgesloten’ in water dat ver onder de zichtbare wolken condenseert, buiten het bereik van de instrumenten die in een baan om de planeet draaien.
Om dit obstakel te overwinnen ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Chicago en het Jet Propulsion Laboratory van NASA (de beroemde JPL) de meest gedetailleerde simulaties van de innerlijke atmosfeer van Jupiter. Hun modellen combineren atmosferische chemie met hydrodynamica om niet alleen bij te houden welke moleculen aanwezig zijn, maar ook hoe wolkengassen en deeltjes in de loop van de tijd door de planeet bewegen.
Deze combinatie bleek doorslaggevend. Eerdere studies keken vaak afzonderlijk naar de chemie en beweging van de atmosfeer, wat leidde tot totaal verschillende schattingen van de hoeveelheid water en zuurstof op Jupiter. Het nieuwe model laat zien hoe waterdamp, wolken en chemische reacties op elkaar inwerken terwijl materiaal langzaam circuleert van de diepe, warme lagen naar de koelere bovenste niveaus.
Uit de resultaten blijkt dat Jupiter ongeveer 1,5 keer meer zuurstof bevat dan de zon. Dit ondersteunt vormingstheorieën dat Jupiter groeide door het aangroeien van ijskoud materiaal vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel, waarschijnlijk dichtbij of voorbij de zogenaamde ‘ijslijn’, waar water in vaste vorm overvloedig aanwezig was. Omdat Jupiter zich zo ver van de hitte van de zon bevond, had Jupiter meer zuurstofrijk materiaal kunnen opnemen dat in waterijs gevangen zat dan de zon zelf.
De simulaties suggereren ook dat de circulatie van de diepe atmosfeer van Jupiter langzamer is dan eerder werd gedacht, waarbij gassen er weken in plaats van uren over doen om zich tussen verschillende lagen te verplaatsen. Deze bevinding zou het begrip van wetenschappers over de interactie tussen hitte, stormen en chemie in het binnenste van de planeet kunnen veranderen.
Planeten behouden chemische ‘vingerafdrukken’ van de omgeving waarin ze zijn ontstaan en fungeren als tijdcapsules van de planetaire geschiedenis. Het begrijpen van de omstandigheden die leiden tot het ontstaan van verschillende soorten planeten verheldert niet alleen de evolutie van het zonnestelsel, maar helpt ook bij de zoektocht naar bewoonbare werelden daarbuiten.
