Díky novým měřením ze sondy Juno astronomové odhalili, že Jupiter je o několik kilometrů „plošší“ a menší, než ukazovala tradiční učebnicová data. Tento jemný, ale významný rozdíl ve tvaru planety přináší hlubší vhled do její atmosféry, vnitřní struktury a vzniku plynných obrů – a otevírá novou kapitolu v pochopení nejen Jupiteru, ale i obřích exoplanet ve vesmíru.
Po celá desetiletí byl Jupiter ve vědě a učebnicích význačným symbolem: největší planeta sluneční soustavy, plynný obr, jehož hmotnost výrazně převyšuje hmotnost všech ostatních planet dohromady a jehož gravitační přitažlivost zásadně ovlivnila historii našeho vesmírného sousedství.
Jeho obrovský magnetický štít chrání jeho měsíce před slunečním zářením, jeho oblačné pásy a bouře jsou ikonami vizuální astronomie a jeho slavná Velká rudá skvrna (větší než naše planeta) je ze Země pozorována již více než 350 let. Avšak zatímco jsme si mysleli, že tento svět známe skrz naskrz, nová studie založená na datech ze sondy Juno naznačuje, že naše učebnicová sbírka potřebuje osvěžit: Jupiter je menší a „plošší“, než jsme si mysleli.
Myšlenka, že Jupiter je „hulvátský obr“, je stále pravdivá, ale nyní víme, že je pravdivá s nuancemi. Nová měření nejenže opravují jeho rozměry o několik kilometrů: nutí nás přehodnotit rozložení jeho hmoty v nitru, způsob cirkulace větrů a fyzikální podmínky, které panují tisíce kilometrů pod jeho viditelnými mraky. U tak velké planety znamenají malé změny tvaru zásadní úpravy modelů, které vysvětlují její vznik a vývoj.
Většina poznatků o rozměrech Jupiteru pochází z misí Pioneer a Voyager, které v 70. a 80. letech 20. století vysílaly rádiové signály skrz jupiterskou atmosféru a pozorovaly jejich deformace, aby mohly odvodit všechny aspekty tohoto světa. Díky pouhým šesti měřením se tyto údaje staly standardem a posloužily jako základ pro definování takzvaného „referenčního poloměru“ planety – idealizovaného povrchu, nad kterým se porovnávají tlaky, teploty a výšky mraků.
Problém je v tom, že postupem času se přesnost dalších přístrojů – jak na oběžné dráze, tak z pozemních teleskopů – výrazně zlepšila, zatímco tento referenční poloměr byl stále ukotven v relativně hrubých měřeních. V praxi to znamenalo, že jsme používali starodávné pravítko k měření planety, kterou nyní pozorujeme milimetrově přesnými přístroji. A právě zde přichází na řadu Juno.
Mise Juno, která je na oběžné dráze kolem Jupiteru od roku 2016, tento model změnila. Protože její trajektorie nyní prochází z pohledu Země „za“ planetou, její rádiové signály procházejí atmosférou Jupiteru, než se dostanou k pozemským anténám. Měření zakřivení těchto signálů a jejich zpoždění umožnilo vědcům rekonstruovat přesný tvar Jupiteru s nebývalou přesností. Tento typ experimentu se nazývá rádiová okultace: když se sonda schová za planetu, signál se při průchodu vrstvami plynu s různou hustotou ohýbá a zeslabuje a tento „podpis“ odhaluje, jaká je atmosféra a kde přesně se nachází referenční povrch o tlaku 1 bar (podobný atmosférickému tlaku na Zemi na úrovni hladiny moře).
Výsledky, publikované v časopise Nature Astronomy, ukazují, že obří planeta je na svém rovníku asi o 8 kilometrů užší a mezi póly asi o 24 kilometrů „plošší“ než předchozí odhady. Pokud tato čísla zasadíme do kontextu rozlehlosti Jupiteru, jehož polární a rovníkový poloměr činí přibližně 66 842 km, resp. 71 488 km, mohou se rozdíly zdát nepatrné, ale jsou dostatečné k tomu, aby výrazně zlepšily modely jeho vnitřní struktury. Jinými slovy: nejde o to, že by se Jupiter zmenšil, ale o to, že jej nyní měříme mnohem jemnější lupou.
Tento „nový“ Jupiter je stále obrovský (stále má více než jedenáctinásobný průměr Země), ale přesnost nové studie nám umožňuje lépe pochopit jeho atmosféru, silné větry a především jeho hluboké nitro, kde se vodík a helium spojují za extrémních tlaků a teplot. Přesnější tvar pomáhá vědcům interpretovat gravitační měření a zpřesnit naše modely vzniku a vývoje plynných obrů – nejen Jupiteru, ale i nesčetných obřích exoplanet pozorovaných kolem jiných hvězd.
Klíčové je, že Jupiter není dokonalá koule, ale zploštělý sféroid: otáčí se tak rychle (jeden oběh kolem sebe vykoná přibližně za 10 hodin), že odstředivá síla „rozšiřuje“ rovník a „zplošťuje“ póly. Čím rychleji se otáčí a čím tekutější je její vnitřek, tím je tento efekt znatelnější. Přesné měření míry deformace planety nám napoví, jak je v jejím nitru rozložena hmota: zda existuje husté jádro, zda je vrstva kovového vodíku silnější, než se očekávalo, nebo zda větry pronikají hluboko pod viditelná mračna.
Až dosud mnoho modelů předpokládalo relativně jednoduchý vnitřek: kamenné nebo ledové jádro obklopené vrstvou kovového vodíku (exotický stav, ve kterém se vodík chová jako vodivý kov) a nad ním obálka z plynného vodíku a helia. Gravitační měření sondy Juno však již dříve naznačila, že jádro může být „rozmazané“, smíšené s materiálem z horních vrstev, a že větry mohou zasahovat tisíce kilometrů do nitra. Nový upřesněný tvar Jupiteru lépe odpovídá tomuto obrazu složitějšího a méně ostře rozvrstveného nitra.
Kromě toho má aktualizovaný profil poloměru Jupiteru přímé důsledky pro jupiterskou meteorologii. Když vědci hovoří o výšce oblaku, hloubce bouře nebo intenzitě větrného proudu, vždy tak činí ve vztahu k referenčnímu tlaku (např. 1 bar nebo 10 barů). Pokud byla tato „referenční plocha“ o několik kilometrů posunuta špatně, nesla všechna tato měření malou systematickou chybu. Může se to zdát jako nepodstatný detail, ale v dynamice atmosféry takové detaily znamenají rozdíl mezi modelem, který dobře reprodukuje pozorování, a modelem, který ho nereprodukuje.
Studie také poskytuje vodítka o složení atmosféry. Mírně odlišný tvar naznačuje mírně odlišné rozložení hustoty, a to zase naznačuje chladnější atmosféru obohacenou o těžké prvky (v astronomii nazývané „kovy“), jako je kyslík, uhlík nebo dusík, ve srovnání se Sluncem. To pomáhá sladit rozpory mezi různými soubory dat: měřeními in situ provedenými sondou Galileo v 90. letech 20. století, teplotami odvozenými z pozorování sondy Voyager a teoretickými modely, které se snažily všechny tyto části spojit dohromady.
Aktualizovaný tvar má důležité důsledky pro modely vnitřní struktury, protože podporuje chladnější atmosféru obohacenou o kovy, což pomáhá sladit nesrovnalosti mezi modely, měřeními Galilea a teplotami odvozenými ze sondy Voyager, potvrzuje studie. Zpřesněný rádiový profil také zlepšuje prostorovou referenci pro měření závislá na tlaku, což poskytuje přesnější kontext pro interpretaci dynamiky Jupiterovy atmosféry.
To má vliv nejen na to, jak vidíme Jupiter, ale také na to, jak chápeme vznik obřích planet obecně. Množství těžkých prvků, které Jupiter obsahuje, je přímým vodítkem k tomu, jak se zformoval: zda nejprve akreoval pevné jádro, které pak přitahovalo plyn, nebo zda se plyn ze sluneční mlhoviny zhroutil téměř přímo bez potřeby masivního jádra. Nové výsledky hovoří ve prospěch scénářů, podle nichž Jupiter během svého růstu začlenil značné množství pevného materiálu (ledu a hornin), což zapadá do představy, že mohl v rané sluneční soustavě mírně migrovat, narušovat dráhy a „čistit“ oblast od asteroidů a komet.
Zajímavějším se stává také srovnání s exoplanetami. Mnoho obřích planet objevených kolem jiných hvězd – takzvaných „horkých Jupiterů“ – má podobnou velikost, ale obíhají mnohem blíže ke svým hvězdám a jsou vystaveny extrémním podmínkám. Pro interpretaci jejich poloměrů, hmotností a hustot používají astronomové jako měřítko Jupiter. Pokud se toto měřítko byť jen nepatrně změní, změní se i závěry o tom, kolik těžké hmoty tyto vzdálené světy obsahují a jak se vyvíjely.
Juno navíc nepracuje sama. Její data se kombinují s pozorováními z kosmických dalekohledů, jako jsou Hubbleův a James Webb, a z velkých pozemních observatoří, které sledují Jupiterovu atmosféru na různých vlnových délkách. Díky přesnějšímu „pravítku“ pro velikost a tvar planety lze nyní všechna tato pozorování lépe sladit: infračervené snímky, měření teploty, mapy chemického složení a modely globální cirkulace.
V příštích letech se na Jupiterovy ledové měsíce zaměří další mise, jako je JUICE (od Evropské kosmické agentury) a Europa Clipper od NASA, ale i ony budou potřebovat jemné znalosti planety, aby mohly interpretovat svá data. Gravitace a magnetické pole Jupiteru ovlivňují oběžné dráhy, vnitřní příliv a odliv měsíců a záření, které je bombarduje. Mírně odlišná velikost a tvar Jupiteru znamená úpravy všech těchto výpočtů.
Paradoxně čím více měření zpřesňujeme, tím je zřejmější, že Jupiter stále skrývá tajemství. Nyní víme, že je o něco menší a o něco plošší, než jsme si mysleli, ale také že jeho nitro je složitější, jeho atmosféra bohatší a jeho historie spletitější. Obraz, který jsme měli v učebnicích, nebyl falešný, byl jen příliš jednoduchý. A jak už to ve vědě často bývá, oprava několika kilometrů ve velikosti planety otevírá dveře k mnohem hlubším otázkám o tom, jak se obří světy ve vesmíru staví.