Ammoniak in de wolken

Onder het wolkendek van Jupiter circuleren turbulente massa’s ammoniak omhoog die de vorm van de zichtbare wolken bepalen. Ze ontsnappen uit de binnenste atmosfeer van de gasreus, ontdekten astronomen.

Onder de beroemde rode vlek op Jupiter (onder) welt ammoniak omhoog, laten radiogolfmetingen (boven) zien. Foto University of Berkeley, Melbourne, NASA en ESA

Onder het gesloten wolkendek van de planeet Jupiter golven grote wolken van ammoniakgas op en neer. Dat blijkt uit waarnemingen met de Very Large Array (VLA), een grote opstelling van gebundelde radiotelescopen in de VS.

Door een telescoop die zichtbaar licht ‘ziet’ vertoont Jupiter, de grootste planeet van ons zonnestelsel, een kleurrijk patroon van horizontale wolkenbanden. Deze wolken belemmeren het zicht op het inwendige van de planeet – een probleem dat alleen kan worden omzeild door uit te wijken naar andere golflengten dan die van zichtbaar licht.

Dat deed een internationaal team onder leiding van de Nederlands-Amerikaanse astronoom Imke de Pater. Met de VLA vingen ze op aarde radiostraling op die van ongeveer 100 kilometer onder Jupiters wolkendek afkomstig is. Op die manier is de verdeling van ammoniakgas in de Jupiter-atmosfeer gemeten.

Ammoniakgas absorbeert de radiostraling die Jupiter van nature uitzendt. Door de straling te meten hebben de astronomen kunnen vaststellen hoeveel ammoniak aanwezig is en op welke diepte in de Jupiter-atmosfeer het gas zich bevindt.

Op de ‘radiokaart’, die Science deze vrijdag publiceert, is te zien dat zich even ten noorden van de evenaar van Jupiter een gordel van ammoniakarme gebieden heeft gevormd. Deze gebieden zijn op de radiobeelden herkenbaar als heldere plekken, omdat ze de radiostraling van de planeet minder sterk absorberen.

De gordel vormt echter geen aaneengesloten geheel: hij vertoont onderbrekingen. Dat zijn plekken waar ammoniakrijk gas vanuit de diepte van de opstijgt. De regelmatige afwisseling van heldere en donkere gebieden die over een groot deel van de omtrek van Jupiter te zien is, wijst erop dat er een golfverschijnsel aan het werk is.

Volgens de astronomen zou het om zogeheten Rossby-golven kunnen gaan: golven met een lange golflengte die ook in de oceanen en de atmosfeer van onze eigen planeet optreden. Uit zulke golven is informatie over het warmtetransport in de onderliggende atmosfeer te putten.

Juno bij Jupiter

Om nog dieper in Jupiter te kunnen ‘kijken’, zou de VLA op langere golflengten moeten worden afgestemd. Daarbij stuiten astronomen echter op een volgende hindernis: de straling die wordt uitgezonden door elektronen in de stralingsgordels van de planeet.

Over een maand kan ook deze hindernis worden omzeild. Op 4 juli krijgt Jupiter namelijk bezoek van Juno, de eerste ruimtesonde in 13 jaar die als een kunstmaan om de planeet zal draaien.

Juno wordt in een omloopbaan gebracht die hem regelmatig in de ruimte tussen de stralingsgordels en de atmosfeer voert. Van daaruit kan hij – op microgolf-golflengten – aanzienlijk verder onder de wolkensluier van Jupiter kijken dan de VLA.

Naar verwachting zal Juno de laag van waterdamp kunnen detecteren die zich honderden kilometers onder het wolkendek bevindt. Aangenomen wordt dat deze laag bepalend is voor allerlei verschijnselen in de Jupiteratmosfeer, waaronder de ammoniakgolven, de wolkenbanden en de zogeheten Grote Rode Vlek – een kolossale wervelstorm die al honderden jaren standhoudt.

De zoektocht naar water is ook om een andere reden van belang. Dat water is afkomstig van de ijsdeeltjes die aan de vorming van Jupiter hebben bijgedragen. Uit de hoeveelheid water die in zijn atmosfeer wordt aangetroffen, kan worden afgeleid of Jupiter op zijn huidige – relatief warme – locatie is ontstaan of oorspronkelijk uit de ijzige diepten van het zonnestelsel afkomstig is.

Ook zal Juno uitsluitsel moeten geven over de vraag of zich diep in het inwendige van Jupiter, dat vooral uit gas bestaat, een kern van gesteenten en ijs bevindt. Modelberekeningen geven aan dat de planeet een kern van ongeveer tien aardmassa’s nodig heeft gehad om grote hoeveelheden waterstof- en heliumgas aan zich te kunnen binden. Geschat wordt dat de planeet – die meer massa heeft dan alle andere planeten van ons zonnestelsel bij elkaar – voor 99 procent uit deze lichte gassen bestaat.

    • Eddy Echternach