Recent onderzoek van planetaire wetenschappers van het MIT werpt licht op waarom Jupiter en Saturnus opvallend verschillende polaire vortexpatronen vertonen. De studie suggereert dat deze verschillen niet willekeurig zijn, maar in plaats daarvan verband houden met de samenstelling en dichtheid van materiaal diep in het binnenste van elke planeet – een bevinding met aanzienlijke implicaties voor het begrijpen van de structuur van gasreuzen.
Contrasterende polaire kenmerken: de wervelingen van Jupiter versus de zeshoek van Saturnus
De Juno- en Cassini-missies van NASA leverden de cruciale visuele gegevens voor deze studie. Juno, die sinds 2016 in een baan om Jupiter draait, maakte beelden van de chaotische noordpool van de planeet, gedomineerd door meerdere wervelende wervels, elk ongeveer 5.000 kilometer breed. Daarentegen observeerde Cassini, voordat zijn missie in 2017 eindigde, de noordpool van Saturnus als een enkele, stabiele zeshoekige vortex die bijna 30.000 kilometer omspande.
De vraag houdt wetenschappers al lang bezig: waarom zulke drastisch verschillende patronen op planeten van vergelijkbare grootte en samenstelling? Zowel Jupiter als Saturnus bestaan voornamelijk uit waterstof en helium, waardoor de ongelijkheid nog verwarrender wordt.
Een vereenvoudigd model levert verrassende inzichten op
Om dit mysterie aan te pakken, gebruikte het MIT-team een tweedimensionaal vloeistofdynamicamodel – een doelbewuste vereenvoudiging die effectief bleek. Snelle planetaire rotatie zorgt voor een consistente beweging langs de as, waardoor onderzoekers de evolutie van de vortex nauwkeurig in twee dimensies kunnen weergeven in plaats van complexe driedimensionale simulaties. Deze aanpak maakte het onderzoek aanzienlijk sneller en efficiënter.
Het team heeft bestaande vergelijkingen aangepast die worden gebruikt voor het modelleren van cyclonen op aarde, zodat ze passen bij de unieke omstandigheden van de poolgebieden van Jupiter en Saturnus. Door het gedrag van vloeistoffen onder verschillende scenario’s te simuleren – de grootte van de planeten, de rotatiesnelheid, de interne verwarming en de zachtheid/hardheid van de onderliggende vloeistof – namen ze consistente patronen waar.
De sleutel: de inwendige dichtheid dicteert de vorming van vortexen
Uit de simulaties bleek dat de “zachtheid” van het materiaal op de bodem van een draaikolk de grootte ervan bepaalt. Zachter, lichter materiaal zorgt ervoor dat kleinere, meerdere wervels naast elkaar kunnen bestaan (zoals die op Jupiter), terwijl dichter, harder materiaal de vorming mogelijk maakt van een enkele vortex op planetaire schaal (zoals te zien op Saturnus).
Dit suggereert dat het binnenste van Jupiter mogelijk is samengesteld uit lichtere, minder gelaagde materialen, terwijl het binnenste van Saturnus verrijkt zou kunnen zijn met zwaardere metaalverbindingen die sterkere gelaagdheid creëren.
“Wat we vanaf de oppervlakte zien… vertelt ons misschien iets over het interieur, zoals hoe zacht de bodem is”, merkt afgestudeerde student Jiaru Shi op.
Implicaties voor het begrijpen van de gasgigantstructuur
Dit onderzoek biedt een nieuwe manier om de interne planetaire samenstelling af te leiden uit waarneembare atmosferische verschijnselen. De studie benadrukt dat oppervlaktevloeistofpatronen niet alleen maar esthetische kenmerken zijn, maar in plaats daarvan fungeren als indicatoren voor diepere, fundamentele eigenschappen. De bevindingen zullen verschijnen in de Proceedings of the National Academy of Sciences.
Uiteindelijk gaat het begrijpen van deze vortexpatronen niet alleen over het ontrafelen van het planetaire weer; het gaat over het verkrijgen van dieper inzicht in de verborgen binnenkant van gasreuzen en de processen die hun vorming hebben gevormd.
