Regelmatig trakteert Juno ons op weergaloze kiekjes van de gasreus. Maar wat speelt er zich onder het dik pak wolken af?

Wervelende wolken, grote kleurrijke riemen en gigantische stormen. De schoonheid van Jupiter zit ‘m in zijn prachtige en onstuimige atmosfeer. Kolkende wolken die wel wat weg lijken te hebben van een Van Gogh schilderij wikkelen zich in banden rond de gasreus. Maar waar worden die vele stormen en orkanen eigenlijk door veroorzaakt? Om daar achter te komen is zichtbaar licht niet voldoende. We moeten daarvoor Jupiter bestuderen met radiogolven.

ALMA
“We zijn geïnteresseerd in de dynamica van Jupiters atmosfeer,” vertelt onderzoeker Imke de Pater aan Scientias.nl. “Zowel de grootschalige en wereldwijde dynamieken, als de kleinschalige en lokale. Om hier meer over te leren wilden we zien wat er zich onder het dik pak wolken afspeelt.” Maar om door dat dikke wolkendek heen te prikken is er zwaar geschut nodig. Daarom riepen de onderzoekers de hulp in van de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Deze telescoop is gelegen op het Chajnantor-plateau op meer dan 5000 meter boven zeeniveau in de Atacamawoestijn van Noord-Chili. ALMA is het grootste astronomische project ter wereld. De telescoop is een revolutionaire astronomische interferometer die is uitgerust met in totaal zo’n 66 radioschotels. Deze hebben elk een diameter variërend tussen de zeven en twaalf meter.


Atmosfeer
De nieuwe beelden vervaardigd met ALMA bieden een uniek inkijkje in de atmosfeer van Jupiter waarmee onderzoekers wel tot vijftig kilometer onder het zichtbare wolkendek van de planeet kunnen turen. “ALMA stelde ons in staat om een driedimensionale kaart te maken van de verdeling van ammoniakgas onder de wolken,” zegt De Pater. De atmosfeer van de gasreus bestaat voornamelijk uit waterstof en helium, samen met plukjes methaan, ammoniak, waterstofsulfide en water. De bovenste wolkenlaag bestaat uit ammoniakijs. Daaronder bevindt zich een laag van ammoniumwaterstofsulfide. Nog dieper, ongeveer tachtig kilometer onder het wolkendek, bevindt zich waarschijnlijk een wolk van vloeibaar water. Variaties in de bovenste wolken vormen de kenmerkende bruine en witte banden die we vanaf de aarde kunnen waarnemen.

Sferische foto vervaardig door ALMA waarop de verdeling van ammoniakgas onder het wolkendek van Jupiter te zien is. Afbeelding: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello

Stormen
Veel van de stormen op Jupiter vinden plaats binnen die laatstgenoemde riemen. Deze kunnen worden vergeleken met onweersbuien op aarde. Maar hoe ontstaan deze stormen op de gasreus? “Om stormsystemen te begrijpen wilden we weten waar de stormen ontstaan,” legt De Pater uit. Stormen op Jupiter onthullen zichzelf in zichtbaar licht als kleine, heldere wolken die ook wel ‘pluimen’ worden genoemd. Deze pluimen kunnen een grote verstoring in de riem veroorzaken die maanden of zelfs jaren zichtbaar blijven. In 2017 spotten amateurastronomen zo’n pluim op de South Equatorial Belt van de gasreus. Eerst openbaarde deze zich als een kleine, helderwitte pluim maar al snel veranderde deze in een grootschalige verstoring die zelfs weken na de uitbarsting nog te zien was. De onderzoekers gebruikten ALMA om de atmosfeer onder de pluim en de verstoorde riem op radiogolflengten te bestuderen. “Voor het eerst konden we de atmosfeer onder de ammoniaklagen bestuderen na een energetische uitbarsting op Jupiter,” zegt De Pater. Deze beelden werden vervolgens vergeleken met beelden in zichtbaar licht en infrarood.

Boven: kaart van Jupiter in radiogolven vervaardigd door ALMA. Onder: kaart van Jupiter in zichtbaar licht gemaakt door Hubble. De uitbarsting in de South Equatorial Belt is zichtbaar in beide afbeeldingen. Afbeelding: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello; NASA/Hubble

Waterwolken
De onderzoekers kwamen tot een interessante ontdekking. “Onze ALMA-waarnemingen laten voor het eerst zien dat er hoge concentraties ammoniakgas vrij komen tijdens een grote uitbarsting,” zegt De Pater. “En het lijkt erop dat onze waarnemingen de theorie bevestigen dat de stormen opgewekt worden in waterwolken. Dit is te vergelijken met stormsystemen op aarde.” Met andere woorden, het betekent dat de pluimen ontstaan door convectie in de waterwolken die zich zoals gezegd diep in de atmosfeer bevinden. De pluimen dragen ammoniakgas van deze plek naar grote hoogten, waar het vervolgens condenseert in Jupiters atmosfeer.


Jupiter blijft een reuze interessante planeet voor verder onderzoek. En niet alleen maar door zijn prachtige voorkomen. Door meer te weten te komen over de processen in de atmosfeer van Jupiter gaan we ook ons eigen zonnestelsel steeds beter begrijpen. Bovendien zal de kennis die we hier opdoen in de toekomst wellicht ook goed van pas komen als we met krachtige telescopen – zoals de James Webb Telescoop – pogen om de atmosferen van planeten buiten ons zonnestelsel te ontrafelen. In de tussentijd kunnen jij en ik genieten van de prachtige plaatjes waar ruimtevaartuig Juno zo nu en dan mee op de proppen komt. Zo fotografeerde deze nog niet zo lang geleden dit raadselachtige zwarte gat in het wolkendek van Jupiter en aan het begin van het jaar dit adembenemende plaatje van twee grote stormen. En wie weet waar Juno in de komende jaren nog meer mee zal komen aanzetten!