Stofwolken trekken op na spektakel op Jupiter
Sceptici verwachtten er weinig van, maar de inslag van de komeet Shoemaker- Levy op Jupiter leverde een ongekend ruimte-spektakel op. De stroom gegevens van tientallen telescopen loste al enkele raadsels op – zoals de wonderbaarlijke verschijnselen na een komeetinslag boven Siberië in het begin van onze eeuw.
OP DE AVOND van de dertigste juni van het jaar 1908, gebeurde er in heel Europa iets merkwaardigs: tot in de kleine uurtjes bleef het opmerkelijk licht. Terwijl de Europeanen de gelegenheid te baat namen voor een zwoele zomeravondwandeling, braken astronomen zich het hoofd. Duidelijk werd dat boven Toengoeska, in Centraal-Siberië, een grote meteoor de atmosfeer was binnengedrongen, en met een knal van circa 10 miljoen ton TNT in een klap tweeduizend vierkante kilometer bos had vernietigd. Stofwolken hoog in de atmosfeer verspreidden zich over het noordelijk halfrond, en weerkaatsten nog licht lang nadat de zon achter de horizon verdwenen was. Maar hoe was het mogelijk dat die stofwolken al na een paar uur boven Europa hingen, zonder dat er aanwijzingen waren voor stormen met windsnelheden van honderden kilometers per uur?
Het is een van de vragen die dankzij de spectaculaire botsing van twintig komeetbrokstukken met de planeet Jupiter konden worden opgehelderd. Tegelijk wierp de botsing ook weer evenzovele vragen op, die met de analyse van een ontzagwekkende hoeveelheid meetgegevens de komende jaren te lijf zullen worden gegaan.
Jupiter is de grootste planeet van ons zonnestelsel – alle andere planeten bij elkaar zouden er zelfs inpassen. Hij bestaat voor het grootste deel uit waterstof – gasvormig aan de buitenkant, vloeibaar aan de binnenkant. De grens tussen deze twee toestanden is niet scherp, zoals op de aarde, maar bestaat uit een geleidelijke overgangsfase. Helemaal binnenin, zo wordt vermoed, zit nog zoiets als een kern van gesteente – ongeveer ter grootte van de aarde.
Al deze eigenschappen zijn voor onze ogen verborgen. Waarnemingen van Jupiter beperken zich tot wolken in de atmosfeer. De bovenste wolkenlaag, wit, is vergelijkbaar met aardse cirrus-wolken, zij het dat hij niet bestaat uit bevroren waterdamp maar uit ammoniakgas (NH3). Door de gaten zien we donkerder wolken van ammonium-waterstofsulfide (NH4SH). Daar weer onder, onzichtbaar voor ons, moeten zich ook wolken van waterdamp bevinden.
Deze dichte atmosfeer is voortdurend in beweging – winden verspreiden de wolken over de breedtegraad, zodat horizontale banden ontstaan. Daartussen bevinden zich grote atmosferische storingen, waarvan de Grote Rode Vlek veruit de belangrijkste is – een eeuwige, linksom draaiende wervelstorm, waar de aardbol twee keer in zou passen.
Tot hier hield de kennis van Jupiter ongeveer op. Onduidelijkheid bestond bijvoorbeeld over de windsnelheden in de atmosfeer, de dikte van de gasvormige waterstoflaag en – meest in het oog springend – de reden voor de geel-bruine kleur van de planeet.
DE BOTSING MET de komeet Shoemaker-Levy 9 was lang tevoren voorspeld, zodat vrijwel elke telescoop ter wereld, maar ook telescopen die in de ruimte verblijven, tijdig op de planeet werden gericht. Dat is bijzonder, omdat de meeste telescopen zich inmiddels niet meer bezighouden met planeten, maar met obscure objecten als quasars, supernova’s en zwarte gaten, die oneindig veel verder weg staan.
Vorige week toonden onderzoekers van al die telescopen elkaar tijdens een congres van de Internationale Astronomische Unie in Den Haag hun waarnemingen. Voor het eerst discussieerden zij over de voorlopige conclusies.
Tot de grootste verrassingen van de botsing behoorde de omvang van de verschijnselen. De Spaanse onderzoeker P. Lagaga, die tijdens de inslag werkte op een sterrenwacht op de Canarische Eilanden, beschreef hoe tijdens de inslag van het eerste brokstuk eigenlijk nauwelijks acht werd geslagen op de computerschermen – pas toen de technicus wees op de zich uitbreidende lichte vlek sloeg de botsingskoorts toe. In de dagen erna werd elke nieuwe klap gevierd met een fles champagne.
Vanaf de aarde gezien kwamen de komeetbrokstukken met een snelheid van 60 kilometer per seconde vanuit het zuiden aansuizen, om Jupiter onder een hoek van 45 graden onderin te raken – voor ons net achter de horizon. Door de snelle draaiing van de planeet werden de gevolgen echter snel zichtbaar – zolang de aardse atmosfeer tenminste geen roet in het eten gooide. De meeste telescopen moesten tijdens het komeet-bombardement het werk wegens hevig noodweer staken.
Meest opvallend waren de enorme ‘vuurbollen’ die op de eerste foto’s zichtbaar werden, zoals de Nederlandse onderzoeker dr Imke de Pater vanuit de Keek-telescoop op Hawaii kon laten zien. In werkelijkheid was van vuur waarschijnlijk weinig sprake – meer van enorme wolken gas, stof en stukken gesteente, die tegen de achtergrond van het zwarte heelal fel opgloeiden in het licht van de zon. Eenmaal naar de aarde toegedraaid, tekenden de wolken juist donker af tegen het lichte Jupiter-oppervlak.
De stofwolken bereikten hoogten van driehonderd kilometer, voor ze door de zwaartekracht weer terug naar beneden vielen. Dankzij deze ‘ballistische’ baan buiten de atmosfeer kon het stof zich razendsnel verspreiden. Binnen enkele uren hadden sommige wolken een diameter van tienduizenden kilometers. Die waarneming leverde de verklaring voor het raadsel van Toengoeska: ook toen verspreidde het stof zich kennelijk niet via de atmosfeer, maar viel het vanuit de ruimte terug naar de aarde.
Iets dergelijks, maar dan veel groter, heeft zich waarschijnlijk ook voorgedaan toen 65 miljoen jaar geleden een komeet insloeg bij Mexico. Die inslag joeg naar schatting vijf keer zo veel stof de atmosfeer in als Shoemaker-Levy 9 nu op Jupiter deed ‘opwaaien’. Volgens de meest gangbare theorie hield dat stof zoveel zonlicht tegen, dat vele soorten planten en grote landdieren, zoals dinosauriërs, het loodje legden.
TOT VERRASSING VAN veel astronomen leverden de botsingen geen witte wolken op – de kleur van zowel water als ammoniak – maar juist donkere vlekken. Om te bepalen welke scheikundige verbindingen zich in die vlekken bevinden, werden de golflengtes van het teruggekaatste licht geanalyseerd. Volgens dr K. Noll, een van de Amerikaanse onderzoekers die gebruik konden maken van de ruimtetelescoop Hubble en dus geen last
hadden van weerproblemen, bleek daaruit dat zich in de wolken bijvoorbeeld 100 duizend ton koolmonoxyde (CO), 300 duizend ton kooldisulfide (CS2) en vijftig ton magnesium bevond. Het belangrijkste bestanddeel bleek echter zwavel (S2), goed voor bijna een miljard ton stof. Aangezien de massa van de komeetresten zelf wordt geschat op een tiende daarvan, lijkt één conclusie duidelijk: de zwavel in de wolken is afkomstig van Jupiter, en niet van de komeet.
Daarmee lijkt een einde te komen aan een lange periode van speculaties over de oorzaak van de kleur van Jupiter. Van de drie potentiële boosdoeners – organische verbindingen, fosfor en zwavel – lijkt het pleit nu voor de laatste beslecht. Het vermoeden is dat de zwavel zich diep in de Jupiter-atmosfeer bevindt – maar dat de grootste komeetbrokken tegelijk ook zo diep in de atmosfeer zijn doorgedrongen, dat ze grote hoeveelheden naar buiten hebben geslingerd.
De grootste donkere vlekken hebben zich inmiddels verrassend hardnekkig getoond. Tot op de dag van vandaag, meer dan een maand na de botsing, zijn de gevolgen van de fragmenten G, K en L nog duidelijk te zien. Waar aanvankelijk echter sprake was van haarscherpe patronen, zijn de wolken nu verwaaid. Dat betekent, redeneren de onderzoekers, dat de windsnelheden op verschillende diepten van de atmosfeer variëren. De allereerste windmeting op Jupiter levert nu, althans voor de hoogste lagen, snelheden op van ongeveer 100 meter per seconde op – oftewel 360 kilometer per uur. De ruimtesonde Galileo, die eind volgend jaar in de Jupiter-atmosfeer moet afdalen, krijgt het dus hard te verduren.
Historisch zijn ook de opnamen van Jupiter waarop de ringen van poollicht, zowel in het noorden als het zuiden van de planeet, duidelijk zichtbaar zijn. Poollicht ontstaat waar elektrisch geladen deeltjes een sterk magnetisch veld passeren, en Jupiter bezit, dat was bekend, een zeer sterk magnetisch veld, met veldlijnen die zich tot ver buiten de planeet uitstrekken.
Bijna mysterieus is bovendien het effect dat zich op de foto (onder) uit in twee kleine poollichtvlekjes even onder de noordpool. Ze vormen de ‘spiegelbeelden’ van komeetinslagen op het zuidelijk halfrond. De meest waarschijnlijke verklaring is, dat de inslag grote hoeveelheden elektronen of positief geladen waterstof-moleculen (H3+) naar buiten heeft geslingerd, die zich langs de elektromagnetische veldlijnen naar het noordelijk halfrond hebben verplaatst.
VEEL VERSCHIJNSELEN ROND de botsing zijn nog niet opgelost. Zo is nog onduidelijk wat de mysterieuze ring rond de wolk van ‘fragment G’ (foto linksboven) heeft veroorzaakt. Mogelijk weerspiegelt het aan de oppervlakte de geluidsgolven die zich na de explosie ver beneden heeft voorgedaan.
In de enorme hoeveelheid verzamelde gegevens wordt nog gespeurd naar sporen van seismische schokgolven, ontstaan door weerkaatsing tegen de laag die diep binnenin de planeet de overgang vormt tussen gasvormig en vloeibaar waterstof. Met zo’n meting zouden de theoretische voorspellingen over de opbouw van Jupiter voor het eerst kunnen worden getoetst.
Nieuwe waarnemingen van de planeet worden, tot verdriet van de astronomen, steeds schaarser. Veel van hen hadden, immers niet bijster veel verwachtend van de klap, weinig waarnemingstijd gereserveerd op de grote telescopen. Binnenkort is het bovendien helemaal voorbij: dan staat Jupiter zo dicht bij de zon, dat alle instrumenten verblind raken. Dan rest niets meer dan afwachten tot Galileo volgend jaar, met een tergend tempo van drie beeldpunten per seconde, nieuwe adembenemende beelden zal beginnen over te zenden.