Хотя массивная газовая оболочка Юпитера состоит в основном из водорода и гелия, ключом к пониманию ее образования и эволюции является распределение остальных элементов, так называемых металлы. До миссии «Юнона» отсутствие точных измерений силы тяжести делало невозможным изучение распределения металлов в атмосфере Юпитера. Сегодня мы знаем, что атмосфера Юпитера неоднородна. Его внутренняя часть содержит больше металлов, чем внешние слои, что позволяет предположить, что планетозимали километрового размера сыграли важную роль в формировании Юпитера.
Юпитер, газовый гигант, является пятой планетой от Солнца, вращающейся между Марсом и Сатурном. Это самая большая и самая массивная планета Солнечной системы, ее масса более чем в 317 раз превышает массу Земли. Когда космическая миссия НАСА «Юнона» достигла Юпитера в 2016 году, мы увидели необычайную красоту этой планеты. Мы увидели, что кроме знаменитого Большого Красного Пятна, атмосферу Юпитера украшают ураганы, вид которых напоминает картины Ван Гога.
Нелегко заглянуть внутрь атмосферы Юпитера, то есть в те области, которые находятся под тонким видимым слоем. К счастью, Юнона может дать нам это представление, измерив силу гравитации в различных местах Юпитера. Это дает астрономам информацию о составе недр планеты, которая отличается от того, что мы видим на поверхности.
Международная группа астрономов под руководством Ямилы Мигель (SRON/Лейденская обсерватория) обнаружила, что газовая оболочка Юпитера не так однородна и хорошо перемешана, как считалось ранее. Вместо этого в нем больше «металлов» или элементов тяжелее водорода и гелия ближе к центру планеты. Раньше мы думали, что атмосфера Юпитера конвективна, то есть ведет себя как кипящая вода, так что полностью перемешивается. Наблюдения Юноны показывают обратное.
Чтобы сделать выводы, команда построила серию теоретических моделей, которые соответствовали ограничениям наблюдений, измеренным Juno. Команда исследовала распределение металлов, поскольку такой анализ дает информацию о том, как образовался Юпитер. Оказывается, металлы распределены в атмосфере неравномерно. Их обилие в интерьере гораздо больше, чем в экстерьере.
Есть два механизма, с помощью которых газовый гигант, такой как Юпитер, извлекает металлы по мере его формирования: путем сращивания небольших кусков породы размером с дюйм или больших планетезималей километрового диаметра.
Модели показывают, что формирующаяся планета перестает накапливать крошечные фрагменты породы, когда становится достаточно большой. Это показывает, что содержание металлов в недрах Юпитера не могло достичь наблюдаемой величины до того, как молодой Юпитер перестал поглощать мельчайшие обломки горных пород. Планетезимали, которые слишком велики, чтобы Юпитер мог их заблокировать, должно быть, сыграли важную роль.
Это открытие имеет важное значение для нашего понимания формирования планет-гигантов внутри и за пределами Солнечной системы.