I århundraden, forskare har arbetat för att förstå Jupiters sammansättning. Det är inte konstigt:denna mystiska planet är den överlägset största i vårt solsystem, och kemiskt, närmast släkting till solen. Att förstå Jupiter är en nyckel till att lära sig mer om hur vårt solsystem bildades, och även om hur andra solsystem utvecklas.

Men en kritisk fråga har förvirrat astronomer i generationer:Finns det vatten djupt i Jupiters atmosfär, och i så fall, hur mycket?

Gordon L. Bjoraker, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, rapporterade i en färsk tidning i Astronomisk tidskrift att han och hans team har fört det jovianska forskarsamhället närmare svaret.

Genom att titta från markbaserade teleskop på våglängder som är känsliga för termisk strålning som läcker från djupet av Jupiters ihållande storm, den stora röda fläcken, de upptäckte de kemiska signaturerna av vatten ovanför planetens djupaste moln. Vattnets tryck, forskarna drog slutsatsen, kombinerat med deras mätningar av en annan syrebärande gas, kolmonoxid, antyder att Jupiter har 2 till 9 gånger mer syre än solen. Detta fynd stöder teoretiska modeller och datorsimuleringsmodeller som har förutspått rikligt med vatten (H ₂ O) på Jupiter gjord av syre (O) bunden med molekylärt väte (H ₂ ).

Avslöjandet var upprörande med tanke på att lagets experiment lätt kunde ha misslyckats. Den stora röda fläcken är full av täta moln, vilket gör det svårt för elektromagnetisk energi att fly och lär astronomerna allt om kemin inom dem.

"Det visar sig att de inte är så tjocka att de blockerar vår förmåga att se djupt, sade Bjoraker. Det har varit en trevlig överraskning.

Ny spektroskopisk teknologi och ren nyfikenhet gav teamet ett uppsving i att titta djupt in i Jupiter, som har en atmosfär som är tusentals miles djup, Bjoraker sa:"Vi trodde, väl, låt oss bara se vad som finns där ute."

Datan som Bjoraker och hans team samlade in kommer att komplettera informationen som NASAs rymdfarkost Juno samlar in när den cirklar planeten från norr till söder en gång var 53:e dag.

Bland annat, Juno letar efter vatten med sin egen infraröda spektrometer och med en mikrovågsradiometer som kan sondera djupare än någon har sett – till 100 bar, eller 100 gånger det atmosfäriska trycket på jordens yta. (Höjden på Jupiter mäts i staplar, som representerar atmosfärstryck, eftersom planeten inte har en yta, som jorden, varifrån man mäter höjden.)

Om Juno återkommer med liknande vattenfynd, och stödjer därmed Bjorakers markbaserade teknik, det kan öppna ett nytt fönster för att lösa vattenproblemet, sa Goddards Amy Simon, en expert på planetarisk atmosfär.

"Om det fungerar, då kanske vi kan tillämpa det någon annanstans, som Saturnus, Uranus eller Neptunus, där vi inte har en Juno, " Hon sa.

Juno är den senaste rymdfarkosten med uppgift att hitta vatten, troligen i gasform, på denna gigantiska gasplanet.

Vatten är en betydande och riklig molekyl i vårt solsystem. Det skapade liv på jorden och smörjer nu många av dess viktigaste processer, inklusive väder. Det är en avgörande faktor i Jupiters turbulenta väder, för, och för att avgöra om planeten har en kärna gjord av sten och is.

Jupiter tros vara den första planeten som har bildats genom att suga upp de element som blivit över från solens bildning när vår stjärna smälte samman från en amorf nebulosa till den brinnande kula av gaser vi ser idag. En allmänt accepterad teori fram till för flera decennier sedan var att Jupiter var identisk i sammansättning med solen; en boll av väte med en antydan av helium – helt gas, ingen kärna.

Men bevisen ökar på att Jupiter har en kärna, möjligen 10 gånger jordens massa. Rymdfarkoster som tidigare besökt planeten hittade kemiska bevis för att den bildade en kärna av sten och vattenis innan den blandades med gaser från solnebulosan för att skapa sin atmosfär. Sättet som Jupiters gravitation drar på Juno stödjer också denna teori. Det finns till och med blixtar och åska på planeten, fenomen som drivs av fukt.

"Månarna som kretsar kring Jupiter är mestadels vattenis, så hela grannskapet har gott om vatten, " sade Bjoraker. "Varför skulle inte planeten - som är denna enorma gravitation väl, där allt faller ner i det - var vattenrik, för?"

Vattenfrågan har stört planetforskare; praktiskt taget varje gång bevis på H2O materialiseras, något händer som gör att de inte luktar. Ett favoritexempel bland Jupiterexperter är NASA:s rymdfarkost Galileo, som släppte en sond i atmosfären 1995 som hamnade i ett ovanligt torrt område. "Det är som att skicka en sond till jorden, landar i Mojaveöknen, och dra slutsatsen att jorden är torr, " påpekade Bjoraker.

I deras sökande efter vatten, Bjoraker och hans team använde strålningsdata som samlats in från toppen av Maunakea på Hawaii 2017. De förlitade sig på det känsligaste infraröda teleskopet på jorden vid W.M. Keck Observatory, och även på ett nytt instrument som kan detektera ett bredare utbud av gaser vid NASA:s infraröda teleskopanläggning.

Tanken var att analysera ljusenergin som sänds ut genom Jupiters moln för att identifiera höjderna av dess molnlager. Detta skulle hjälpa forskarna att bestämma temperatur och andra förhållanden som påverkar de typer av gaser som kan överleva i dessa regioner.

Experter på planetatmosfären förväntar sig att det finns tre molnlager på Jupiter:ett lägre lager av is och flytande vatten, en mittersta gjord av ammoniak och svavel, och ett övre lager av ammoniak.

För att bekräfta detta genom markbaserade observationer, Bjorakers team tittade på våglängder i det infraröda ljusområdet där de flesta gaser inte absorberar värme, tillåta kemiska signaturer att läcka ut. Specifikt, de analyserade absorptionsmönstren för en form av metangas. Eftersom Jupiter är för varmt för att metan ska frysa, dess överflöd bör inte förändras från en plats till en annan på planeten.

"Om du ser att styrkan på metanlinjer varierar från insidan till utsidan av den stora röda fläcken, det är inte för att det finns mer metan här än där, sa Bjoraker, "det är för att det finns tjockare, djupa moln som blockerar strålningen i den stora röda fläcken."

Bjorakers team hittade bevis för de tre molnlagren i den stora röda fläcken, stödjer tidigare modeller. Det djupaste molnlagret är på 5 bar, laget avslutade, precis där temperaturen når fryspunkten för vatten, sa Bjoraker, "så jag säger att vi med stor sannolikhet hittade ett vattenmoln." Platsen för vattenmolnet, plus mängden kolmonoxid som forskarna identifierade på Jupiter, bekräftar att Jupiter är rik på syre och, Således, vatten.

Bjorakers teknik behöver nu testas på andra delar av Jupiter för att få en fullständig bild av globalt vattenöverflöd, och hans data överensstämde med Junos fynd.

"Jupiters vattenöverflöd kommer att berätta mycket om hur den jättelika planeten bildades, men bara om vi kan räkna ut hur mycket vatten det finns i hela planeten, sade Steven M. Levin, en Juno-projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Calif.