Gasjättarna har alltid varit ett mysterium för oss. På grund av deras täta och virvlande moln, det är omöjligt att få en bra titt inuti dem och bestämma deras verkliga struktur. Med tanke på deras avstånd från jorden, det är tidskrävande och dyrt att skicka rymdfarkoster till dem, gör undersökningsuppdrag få och långt emellan. Och på grund av deras intensiva strålning och starka gravitation, varje uppdrag som försöker studera dem måste göras noggrant.

Och ändå, forskare har i årtionden varit att denna enorma gasjätte har en solid kärna. Detta överensstämmer med våra nuvarande teorier om hur solsystemet och dess planeter bildades och migrerade till sina nuvarande positioner. Medan dess yttre lager av Jupiter huvudsakligen består av väte och helium, ökningar i tryck och densitet tyder på att närmare kärnan, saker blir fasta.

Struktur och sammansättning:

Jupiter består huvudsakligen av gasformiga och flytande ämnen, med tätare materia under. Dess övre atmosfär består av cirka 88–92 % väte och 8–12 % helium i volymprocent gasmolekyler, och ca. 75% väte och 24% helium i vikt, med den återstående procenten bestående av andra element.

Atmosfären innehåller spårmängder av metan, vattenånga, ammoniak, och kiselbaserade föreningar samt spårmängder av bensen och andra kolväten. Det finns också spår av kol, etan, vätesulfid, neon, syre, fosfin, och svavel. Kristaller av frusen ammoniak har också observerats i det yttersta lagret av atmosfären.

Interiören innehåller tätare material, så att fördelningen är ungefär 71 % väte, 24% helium och 5% andra grundämnen i massa. Man tror att Jupiters kärna är en tät blandning av element – ​​ett omgivande lager av flytande metalliskt väte med lite helium, och ett yttre skikt övervägande av molekylärt väte. Kärnan har också beskrivits som stenig, men detta är fortfarande okänt.

1997, förekomsten av kärnan antyddes av gravitationsmätningar, indikerar en massa från 12 till 45 gånger jordens massa, eller ungefär 4–14 % av Jupiters totala massa. Närvaron av en kärna stöds också av modeller för planetbildning som indikerar hur en stenig eller isig kärna skulle ha varit nödvändig någon gång i planetens historia för att samla upp allt väte och helium från protosolnebulosan.

Dock, det är möjligt att denna kärna sedan dess har krympt på grund av konvektionsströmmar av heta, flytande, metalliskt väte blandas med den smälta kärnan. Denna kärna kan till och med vara frånvarande nu, men en detaljerad analys behövs innan detta kan bekräftas. Juno-uppdraget, som lanserades i augusti 2011 (se nedan), förväntas ge viss insikt i dessa frågor, och därigenom göra framsteg på problemet med kärnan.

Bildning och migrering:

Våra nuvarande teorier angående bildandet av solsystemet hävdar att planeterna bildades för cirka 4,5 miljarder år sedan från en solnebulosa (d.v.s. Nebuloshypotes). I överensstämmelse med denna teori, Jupiter tros ha bildats som ett resultat av att gravitationen drar virvlande moln av gas och damm ihop.

Jupiter förvärvade det mesta av sin massa från material som blev över från solens bildning, och slutade med mer än dubbelt så stor massa som de andra planeterna. Faktiskt, det har antagits att Jupiter hade samlat mer massa, det skulle ha blivit en andra stjärna. Detta är baserat på det faktum att dess sammansättning liknar solens - den består till största delen av väte.

Dessutom, nuvarande modeller av solsystemsbildning indikerar också att Jupiter bildades längre bort från sin nuvarande position. I vad som kallas Grand Tack Hypothesis, Jupiter migrerade mot solen och slog sig ner i sin nuvarande position för ungefär 4 miljarder år sedan. Denna migration, det har hävdats, kunde ha resulterat i förstörelsen av de tidigare planeterna i vårt solsystem – vilket kan innefatta superjordar närmare solen.

Utforskning:

Även om det inte var den första robotfarkost som besökte Jupiter, eller den första att studera den från omloppsbana (detta gjordes av Galileo-sonden mellan 1995 och 2003), Juno-uppdraget var designat för att undersöka den jovianska jättens djupare mysterier. Dessa inkluderar Jupiters inre, atmosfär, magnetosfären, gravitations fält, och bestämma historien om planetens bildning.

Uppdraget lanserades i augusti 2011 och nådde en omloppsbana runt Jupiter den 4 juli, 2016. När sonden gick in i sin polära elliptiska bana, efter att ha avslutat en 35 minuter lång avfyring av huvudmotorn, känd som Jupiter Orbital Insertion (eller JOI). När sonden närmade sig Jupiter ovanför sin nordpol, det gavs en bild av det jovianska systemet, som den tog en sista bild av innan JOI påbörjades.

Sen den tiden, rymdfarkosten Juno har genomfört perijov-manövrar – där den passerar mellan den norra polarregionen och den södra polaren – med en period på cirka 53 dagar. Den har genomfört 5 perijoves sedan den kom i juni 2016, och den planerade att genomföra totalt 12 före februari 2018. Vid det här laget, med undantag för eventuella uppdragsförlängningar, sonden kommer att bryta sin bana och brinna upp i Jupiters yttre atmosfär.

När den gör sina återstående pass, Juno kommer att samla mer information om Jupiters gravitation, magnetiska fält, atmosfär, och sammansättning. Man hoppas att denna information kommer att lära oss mycket om hur samspelet mellan Jupiters inre, dess atmosfär och dess magnetosfär driver planetens utveckling. Och naturligtvis, man hoppas kunna ge avgörande data om planetens inre struktur.

Har Jupiter en fast kärna? Det korta svaret är, vi vet inte... än. I sanning, det kan mycket väl ha en solid kärna som består av järn och kvarts, som omges av ett tjockt lager av metalliskt väte. Det är också möjligt att interaktionen mellan detta metalliska väte och den fasta kärnan gjorde att planeten förlorade det för en tid sedan.

Vid denna tidpunkt, allt vi kan göra är att hoppas att pågående undersökningar och uppdrag kommer att ge mer bevis. Dessa kommer sannolikt inte bara att hjälpa oss att förfina vår förståelse av Jupiters inre struktur och dess bildning, men också förfina vår förståelse av solsystemets historia och hur det kom till.