Hat Jupiter einen festen Kern?

Die Gasriesen waren uns schon immer ein Rätsel. Aufgrund ihrer dichten und wirbelnden Wolken ist es unmöglich, einen guten Blick in sie zu werfen und ihre wahre Struktur zu bestimmen. Angesichts ihrer Entfernung von der Erde ist es zeitaufwendig und teuer, Raumfahrzeuge zu ihnen zu schicken, was Vermessungsmissionen selten macht. Und aufgrund ihrer intensiven Strahlung und starken Schwerkraft muss jede Mission, die versucht, sie zu untersuchen, dies sorgfältig tun.

Und doch sind Wissenschaftler seit Jahrzehnten der Meinung, dass dieser massive Gasriese einen festen Kern hat. Dies steht im Einklang mit unseren aktuellen Theorien darüber, wie sich das Sonnensystem und seine Planeten gebildet haben und zu ihren aktuellen Positionen gewandert sind. Während die äußeren Schichten des Jupiters hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen, deuten Druck- und Dichtezunahmen darauf hin, dass die Dinge näher am Kern fest werden.

Struktur und Zusammensetzung:

Jupiter besteht hauptsächlich aus gasförmiger und flüssiger Materie mit dichterer Materie darunter. Seine obere Atmosphäre besteht aus etwa 88-92% Wasserstoff und 8-12% Helium nach Volumenprozent Gasmolekülen und ca. 75 Massenprozent Wasserstoff und 24 Massenprozent Helium, wobei das verbleibende Prozent aus anderen Elementen besteht.

Die Atmosphäre enthält Spuren von Methan, Wasserdampf, Ammoniak und Verbindungen auf Siliziumbasis sowie Spuren von Benzol und anderen Kohlenwasserstoffen. Es gibt auch Spuren von Kohlenstoff, Ethan, Schwefelwasserstoff, Neon, Sauerstoff, Phosphin und Schwefel. Kristalle von gefrorenem Ammoniak wurden auch in der äußersten Schicht der Atmosphäre beobachtet.

Das Innere enthält dichtere Materialien, so dass die Verteilung ungefähr 71% Wasserstoff, 24% Helium und 5% andere Elemente nach Masse beträgt. Es wird angenommen, dass Jupiters Kern eine dichte Mischung von Elementen ist – eine umgebende Schicht aus flüssigem metallischem Wasserstoff mit etwas Helium und eine äußere Schicht überwiegend aus molekularem Wasserstoff. Der Kern wurde auch als felsig beschrieben, Dies bleibt jedoch ebenfalls unbekannt.Im Jahr 1997 wurde die Existenz des Kerns durch Gravitationsmessungen vorgeschlagen, die eine Masse von 12 bis 45 mal der Masse der Erde oder etwa 4% -14% der Gesamtmasse von Jupiter anzeigen. Das Vorhandensein eines Kerns wird auch durch Modelle der Planetenentstehung unterstützt, die darauf hinweisen, wie ein felsiger oder eisiger Kern irgendwann in der Geschichte des Planeten notwendig gewesen wäre. Andernfalls wäre es ihm nicht gelungen, seinen gesamten Wasserstoff und sein Helium aus dem protosolaren Nebel zu sammeln – zumindest theoretisch.Es ist jedoch möglich, dass dieser Kern seitdem aufgrund von Konvektionsströmen von heißem, flüssigem, metallischem Wasserstoff, der sich mit dem geschmolzenen Kern vermischt, geschrumpft ist. Dieser Kern kann jetzt sogar fehlen, aber eine detaillierte Analyse ist erforderlich, bevor dies bestätigt werden kann. Die Juno-Mission, die im August 2011 startete (siehe unten), soll einen Einblick in diese Fragen geben und damit Fortschritte beim Problem des Kerns erzielen.

Entstehung und Migration:

Unsere aktuellen Theorien zur Entstehung des Sonnensystems behaupten, dass die Planeten etwa 4 gebildet haben.vor 5 Milliarden Jahren aus einem Sonnennebel (d. H. Nebelhypothese). In Übereinstimmung mit dieser Theorie wird angenommen, dass Jupiter als Ergebnis der Schwerkraft entstanden ist, die wirbelnde Wolken aus Gas und Staub zusammenzieht.Jupiter erwarb den größten Teil seiner Masse aus Material, das von der Entstehung der Sonne übrig geblieben war, und endete mit mehr als der doppelten Masse der anderen Planeten. Tatsächlich wurde vermutet, dass es Jupiter hatte mehr Masse angesammelt, es wäre ein zweiter Stern geworden. Dies beruht auf der Tatsache, dass seine Zusammensetzung der der Sonne ähnelt – sie besteht überwiegend aus Wasserstoff.

Darüber hinaus deuten aktuelle Modelle der Sonnensystembildung auch darauf hin, dass sich Jupiter weiter von seiner aktuellen Position entfernt gebildet hat. In der sogenannten Grand-Tack-Hypothese wanderte Jupiter zur Sonne und ließ sich vor etwa 4 Milliarden Jahren an seiner aktuellen Position nieder. Diese Migration, so wurde argumentiert, hätte zur Zerstörung der früheren Planeten in unserem Sonnensystem führen können – zu denen möglicherweise Supererden gehörten, die näher an der Sonne lagen.

Erkundung:

Es war zwar nicht das erste Roboter-Raumschiff, das Jupiter besuchte, oder das erste, das es aus der Umlaufbahn untersuchte (dies wurde von der Galileo-Sonde zwischen 1995 und 2003 durchgeführt), aber die Juno-Mission sollte die tieferen Geheimnisse des Jupiterriesen untersuchen. Dazu gehören Jupiters Inneres, Atmosphäre, Magnetosphäre, Gravitationsfeld und die Entstehungsgeschichte des Planeten.Die Mission startete im August 2011 und erreichte am 4. Juli 2016 eine Umlaufbahn um den Jupiter. Die Sonde trat in ihre polare elliptische Umlaufbahn ein, nachdem sie eine 35-minütige Zündung des Haupttriebwerks abgeschlossen hatte, die als Jupiter Orbital Insertion (oder JOI) bekannt ist. Als sich die Sonde Jupiter von oberhalb ihres Nordpols näherte, erhielt sie einen Blick auf das Jupitersystem, von dem sie ein letztes Bild machte, bevor sie mit der Arbeit begann.

Seit dieser Zeit führt die Juno–Raumsonde Perijove–Manöver durch – wo sie zwischen der nördlichen Polarregion und der südlichen Polarregion verläuft – mit einem Zeitraum von etwa 53 Tagen. Es hat 5 Perijoves seit seiner Ankunft im Juni von 2016 abgeschlossen, und es ist geplant, insgesamt 12 vor Februar von 2018 durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sonde, abgesehen von Missionsverlängerungen, die Umlaufbahn verlassen und in Jupiters äußerer Atmosphäre verbrennen.

Während Juno seine verbleibenden Pässe macht, wird Juno mehr Informationen über Jupiters Schwerkraft, Magnetfelder, Atmosphäre und Zusammensetzung sammeln. Es ist zu hoffen, dass diese Informationen uns viel darüber lehren werden, wie die Wechselwirkung zwischen Jupiters Innerem, seiner Atmosphäre und seiner Magnetosphäre die Entwicklung des Planeten antreibt. Und natürlich hofft man, schlüssige Daten über die innere Struktur des Planeten liefern zu können.

Hat Jupiter einen festen Kern? Die kurze Antwort ist, wir wissen es nicht … noch nicht. In Wahrheit könnte es sehr gut einen festen Kern aus Eisen und Quarz haben, der von einer dicken Schicht metallischen Wasserstoffs umgeben ist. Es ist auch möglich, dass die Wechselwirkung zwischen diesem metallischen Wasserstoff und dem festen Kern dazu geführt hat, dass der Planet ihn vor einiger Zeit verloren hat.

An dieser Stelle können wir nur hoffen, dass laufende Umfragen und Missionen mehr Beweise liefern werden. Diese werden uns wahrscheinlich nicht nur dabei helfen, unser Verständnis der inneren Struktur des Jupiter und seiner Entstehung zu verfeinern, sondern auch unser Verständnis der Geschichte des Sonnensystems und seiner Entstehung.

Wir haben viele Artikel über Jupiter für Universe Today geschrieben. Hier zehn interessante Fakten über Jupiter, wie groß ist Jupiter?, Wie lange dauert es nach Jupiter zu kommen?, Wie ist das Wetter auf Jupiter? Wie weit ist Jupiter von der Sonne entfernt? und die Umlaufbahn des Jupiter. Wie lange dauert ein Jahr auf Jupiter?

Wenn Sie weitere Informationen über Jupiter wünschen, lesen Sie die Pressemitteilungen von Hubblesite über Jupiter und hier ist ein Link zum NASA Solar System Exploration Guide to Jupiter.

Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast just about Jupiter aufgenommen. Hören Sie hier, Folge 56: Jupiter.