Een ijskoude planetaire kraamkamer zou de eigenaardige atmosferische samenstelling van de gasreus kunnen verklaren
De atmosfeer van Jupiter bevat een overvloed aan stikstof, argon, krypton en xenon, wat suggereert dat de reuzenplaneet zich op een erg koude plaats heeft gevormd.
Jupiter is mogelijk gevormd in een schaduw die de geboorteplaats van de planeet kouder hield dan Pluto. De ijskoude temperatuur zou de ongewone overvloed aan bepaalde gassen in de gigantische wereld kunnen verklaren, suggereert een nieuwe studie.
Jupiter bestaat voornamelijk uit waterstof en helium, de meest voorkomende elementen in de planeet-paaischijf die rond de pasgeboren zon draaide. Andere elementen die gassen waren in de buurt van de geboorteplaats van Jupiter werden ook een deel van de planeet, maar in dezelfde verhoudingen als ze bestonden in de protoplanetaire schijf (SN: 6/12/17).
Astronomen denken dat de samenstelling van de elementen van de zon grotendeels overeenkomt met die van de protoplanetaire schijf, dus die van Jupiter zou op die zonne-make-up moeten lijken – althans voor elementen die gassen waren. Maar stikstof, argon, krypton en xenon komen op Jupiter ongeveer drie keer zo vaak voor als op de zon, vergeleken met waterstof.
“Dit is de belangrijkste puzzel van de atmosfeer van Jupiter”, zegt Kazumasa Ohno, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz. Waar kwamen die extra elementen vandaan?
Als Jupiter op de huidige afstand van de zon was geboren, zou de temperatuur van de geboorteplaats van de planeet rond de 60 kelvin of –213˚ Celsius zijn geweest. In de protoplanetaire schijf zouden die elementen gassen moeten zijn bij die temperatuur. Maar ze zouden vast bevriezen onder ongeveer 30 kelvin, of –243˚ C. Het is gemakkelijker voor een planeet om vaste stoffen op te nemen dan gassen. Dus als Jupiter op de een of andere manier ontstond in een veel koudere omgeving dan zijn huidige thuis, zou de planeet vaste objecten kunnen hebben gekregen die beladen zijn met die extra elementen als ijs.
Om deze reden hebben in 2019 twee verschillende onderzoeksteams onafhankelijk van elkaar de radicale suggestie gedaan dat Jupiter in de vriezer was ontstaan voorbij de huidige banen van Neptunus en Pluto, dan naar binnen gedraaid richting de zon.
Nu komen Ohno en astronoom Takahiro Ueda van de National Astronomical Observatory van Japan met een ander idee: Jupiter werd gevormd waar het is, maar een opeenhoping van stof tussen de baan van de planeet en de zon blokkeerde het zonlicht en wierp een lange schaduw die de geboorteplaats van Jupiter afkoelde. Door de ijzige temperatuur bevriezen stikstof, argon, krypton en xenon vast en een groter deel van de planeet worden, suggereren de wetenschappers in een studie in juli Astronomie en astrofysica.
Het stof dat de schaduw wierp, kwam van rotsachtige objecten die dichter bij de zon stonden en op elkaar botsten en uiteenspatten. Verder van de zon, waar de protoplanetaire schijf kouder was, bevroor het water, waardoor objecten ontstonden die op sneeuwballen leken. Toen die sneeuwballen botsten, hadden ze meer kans om aan elkaar te kleven dan te versplinteren en wierpen ze dus niet veel schaduw, zeggen de onderzoekers.
“Ik denk dat het een slimme oplossing is voor iets dat anders moeilijk te corrigeren zou zijn geweest”, zegt Alex Cridland, een astrofysicus aan het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica in Garching, Duitsland.
Cridland was een van de wetenschappers die had gesuggereerd dat Jupiter zich buiten Neptunus en Pluto heeft gevormd. Maar die theorie, zegt hij, betekent dat Jupiter na de geboorte veel dichter bij de zon moest komen. Het nieuwe scenario vermijdt die complicatie.
Hoe het nieuwe idee te testen? ‘Saturnus heeft misschien de sleutel in handen’, zegt Ohno. Saturnus staat bijna twee keer zo ver van de zon als Jupiter, en de wetenschappers berekenen dat de stofschaduw die de geboorteplaats van Jupiter deed afkoelen nauwelijks die van Saturnus bereikte. Als dat zo is, betekent dat dat Saturnus in een warmere regio is ontstaan en dus geen stikstof-, argon-, krypton- of xenon-ijs zou hebben gekregen. Als de twee gasreuzen daarentegen echt in de kou buiten de huidige banen van Neptunus en Pluto zijn gevormd, dan zou Saturnus veel van die elementen moeten hebben, zoals Jupiter.
Dankzij de Galileo-sonde, die in 1995 in de atmosfeer van Jupiter dook, kennen astronomen deze overvloed voor Jupiter. Wat nodig is, zeggen de onderzoekers, is een vergelijkbare missie als Saturnus. Helaas, terwijl het Cassini-ruimtevaartuig (SN: 23-8-17) heeft alleen een onzeker stikstofgehalte in de atmosfeer van de geringde planeet gemeten en geen argon, krypton of xenon gedetecteerd, dus Saturnus bepaalt nog niet waar de twee gasreuzen zijn ontstaan.
