Vi känner alla igen Jupiter på dess bandmönster av motroterande zoner och bälten – detta kan ses även med små trädgårdsteleskop. Dessa fantastiska strukturer drivs av snabba jetströmmar som är synliga i planetens moln. Men vad som händer nära dess poler och under dess molntoppar har länge varit lite av ett mysterium.

Tack vare sin unika omloppsbana, NASA:s Juno-uppdrag har nu avslöjat några av Jupiters bäst bevarade hemligheter. Resultaten, publicerad i fyra tidningar i Natur , visa att planeten har överraskande "polygonala" former av cykloner vid sina poler – inklusive en femhörning vid sydpolen – och att dess bandstruktur kvarstår till djup av 3, 000 km.

Från jorden och rymdfarkoster i vissa banor, vi kan bara se Jupiters ekvatorialområden väl. Faktiskt, detta har varit fallet för alla tidigare uppdrag till planeten. Bilder från Voyager, Cassini och Galileo orbiter gav magnifik utsikt över zonbältets struktur och långlivade stormar som den stora röda fläcken. Galileo-sonden tog bara prover ner till 160 km under molnen på en plats.

Juno har en unik, mycket elliptisk bana, ger den den första goda utsikten över Jupiters poler. Var 53:e dag sedan juli 2016, den har svepat så nära som 4, 100 km ovanför Jupiters molntoppar, ger den enastående utsikt över dess norrsken – en typ av "norrsken" som orsakas av elektriska strömmar i den snabbt roterande magnetosfären (ett magnetfält) som interagerar med planetens atmosfär – och atmosfärens polära områden i synliga, infrarött och ultraviolett ljus.

Förutom att studera norrskenet och magnetosfären, Juno hjälper också forskare att undersöka gravitationsfältet i Jupiters inre i utsökt detalj genom att övervaka små justeringar av rymdfarkostens bana – ner till 3, 000 km under molnen.

Att vara den största planeten i solsystemet, Jupiter har en radie som är mer än 10 gånger jordens, vid nästan 70, 000 km. De motroterande vindarna i zonerna och bälten når hastigheter på 100 meter per sekund. Dess huvudsakliga sammansättning är väte och helium – rester från det täta molnet av gas och damm, känd som solnebulosan, som bildade vårt solsystem för 4,6 miljarder år sedan.

Under molntopparna, gastrycket tros öka enormt. Vid bara 3, 000 km under molnen, trycket ska nå 100, 000 bar, vilket är det tryck som behövs för att syntetisera diamant på jorden. Längre mot centrum, trycket och temperaturen ökar ytterligare, och vätet börjar bete sig som en metall. Modeller visar att vi även längre in skulle nå en isig och stenig kärna med en radie på cirka 20 % av Jupiters. Modellerna är dock inte så pålitliga, och det är här Juno kommer in.

Märkliga polära mönster

Forskare blev mycket förvånade första gången de såg polerna på en annan gasjätte - Saturnus. Cassini bekräftade Voyager-upptäckten av en märklig, enorma hexagonfunktion i Saturnus atmosfär nära polerna. Detta omger en polarorkan med en diameter på 1, 250 km.

Vid den större Jupiter, forskare förväntade sig inte alls att se detta mönster. Istället, teorier antydde att zonerna och bältena i mitten skulle försvagas mot polerna vilket leder till kaotisk turbulens, snarare än strukturerade mönster.

Men tack vare Juno, Forskare har nu upptäckt en enorm cyklon vid varje pol, ca 4, 000 km i diameter i norr och 5, 600 km söderut. Anmärkningsvärt, dessa är omgivna av åtta lika stora cykloner i norr, och fem i söder. Dessa cykloner verkar anmärkningsvärt stabila under den tid som Juno har avbildat dem i det synliga och infraröda.

De åtta nordliga cyklonerna bildar en "ditedragon"-form (det här är vad du får om du kopplar ihop två pyramider vid basen) och de fem sydliga cyklonerna bildar en femhörnig form (se blybild). Vi förstår ännu inte vad som orsakar dem och varför de är så ihållande. Kraften från Jupiters rotation, kombinerat med dess mindre radie vid polen, skulle förväntas flytta många fler cykloner mot polen kontinuerligt, men detta verkar inte hända.

Nedanför molnen

Ett annat av Jupiters mysterier var om dess zoner och bälten var grunt eller djupt i atmosfären. Junos svar är djupt.

Detta resultat kom från mätningar av dess gravitationsfält, som forskare nu har upptäckt uppvisar en nord-sydlig asymmetri. Detta var oväntat vid Jupiter – en tung, snabbt roterande, oblate (tillplattad vid polerna) planet. Förklaringen är att atmosfäriska flöden under molnen måste finnas.

En annan artikel avslöjar att dessa atmosfäriska jetströmmar cirkulerar under var och en av zonerna och bältena, och nå hela vägen ner till 3, 000 km. Dock, atmosfärens massa som är involverad i dessa enorma rörelser motsvarar endast cirka 1 % av Jupiters totala massa.

Genom att övervaka hur hela planeten roterar, forskare upptäckte också att under 3000 km-nivån, Jupiter snurrar effektivt som en styv kropp – långsammare än gasen ovanför. På denna nivå, temperaturen och trycket får elektriska strömmar att flyta, och detta skapar en magnetisk dragkraft som börjar bromsa vindrörelsen.

De nya resultaten kan nu sättas i sammanhang med andra kroppar – särskilt med Saturnus, med sina zonbältesvindar som når 500 meter per sekund. Baserat på vad vi nu vet om Jupiter, det verkar troligt att Saturnus jetströmmar når ännu djupare till 9, 000 km. Att jämföra modeller av Jupiters ihållande cykloner med Saturnus hexagon och orkan kan också hjälpa oss att förstå vad som orsakar dessa mystiska egenskaper.

Spännande nog, de nya uppgifterna kan också hjälpa oss att förstå gasjätteplaneter i andra solsystem. Till exempel, vi vet nu att de som är större än Jupiter skulle ha mindre djupa jetströmmar under sina zoner och bälten.

Framtida uppdrag som ESA:s JUICE och föreslagna Saturnus-atmosfärssonder kanske kan se djupare än vad Juno kan, för att berätta mer om den djupa inre strukturen hos denna magnifika jätteplanet – vilket i slutändan hjälper oss att få en fullständig bild av hur den bildades och utvecklades.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.