Het weer op Jupiter en Uranus

Sinds de lancering in 1990 is de Hubble Space Telescope een interplanetaire weerwaarnemer die de grotendeels gasvormige buitenplaneten en hun steeds veranderende atmosferen in de gaten houdt. De missies van ruimtesondes van de NASA naar de buitenplaneten hebben ons een blik van dichtbij op deze atmosferen gegeven maar de scherpte en gevoeligheid van de Hubble telescoop houdt een oogje op een caleidoscoop van complexe activiteiten in de tijd.

Op die manier vult Hubble de waarnemingen aan van andere ruimtevaartuigen zoals Juno, die momenteel rond Jupiter cirkelt, de gepensioneerde Cassini-missie naar Saturnus en de Voyager 1- en 2-sondes die tussen 1979 en 1989 gezamenlijk langs alle vier de reuzenplaneten vlogen.

Het Outer Planets Atmospheres Legacy (OPAL)-programma van de telescoop, dat in 2014 in gebruik werd genomen, biedt ons jaarlijks uitzicht op de reuzenplaneten. Hier zijn enkele beelden:

Jupiter

De linkeropname is gemaakt op 12 november 2022. De voorspelling voor Jupiter is stormachtig weer op lage noordelijke breedtegraden. Er is een prominente reeks afwisselende stormen zichtbaar, die een “vortexstraat” vormt, zoals sommige planetaire astronomen dat noemen. Dit is een golfpatroon van geneste anticyclonen en cyclonen die aan elkaar vastzitten als in een machine met afwisselend rechtsom en linksom draaiende tandwielen. Als de stormen dicht genoeg bij elkaar komen kunnen ze in het zeer onwaarschijnlijke geval van een fusie een nog grotere storm opbouwen, die mogelijk de huidige omvang van de Grote Rode Vlek benadert.

Het gespreide patroon van anticyclonen en cyclonen voorkomt dat individuele stormen samensmelten. Ook binnenin deze stormen is activiteit te zien; in de jaren ’90 zag Hubble geen cyclonen of anticyclonen met ingebouwde onweersbuien, maar de afgelopen tien jaar zijn deze stormen ontstaan. Sterke kleurverschillen wijzen erop dat Hubble ook verschillende wolkenhoogten en -dieptes ziet.

De oranje maan Io overschaduwt in dit beeld van Jupiters veelkleurige wolkentoppen en werpt een schaduw in de richting van de westelijke rand van de planeet. De resolutie van Hubble is zo scherp dat hij het gevlekte oranje uiterlijk van Io, dat verband houdt met zijn talrijke actieve vulkanen, kan zien. Deze vulkanen werden voor het eerst ontdekt toen de Voyager 1 ruimtesonde in 1979 langs de maan vloog. Het gesmolten binnenste van de maan is bedekt met een dunne korst waardoor de vulkanen materiaal uitwerpen. Zwavel neemt bij verschillende temperaturen verschillende tinten aan en daarom is het oppervlak van Io zo kleurrijk.

Op de afbeelding rechts, genomen op 6 januari 2023, staat Jupiters legendarische Grote Rode Vlek centraal. Hoewel deze draaikolk groot genoeg is om de Aarde te verzwelgen, is het in werkelijkheid gekrompen tot de kleinste omvang die hij ooit heeft gehad in 150 waarnemingen. De ijzige maan van Jupiter, Ganymedes, is rechtsonder te zien. Iets groter dan de planeet Mercurius is Ganymedes de grootste maan in het zonnestelsel. Het is een bekraterde wereld met een voornamelijk water-ijs oppervlak met duidelijke gletsjerstromen die door interne hitte worden aangedreven. De opname is kleiner omdat Jupiter ruim 130.000 kilometer verder van de Aarde stond toen de foto werd genomen.

Uranus

In plaats van in een meer verticale positie te draaien zoals de Aarde dat doet rolt de vreemde planeet Uranus in 84 jaar tijd op zijn zij om de Zon heen. Uranus heeft een vreemd gekantelde “horizontale” rotatieas die slechts 8° uit het vlak van de planeetbaan ligt. Een recente theorie stelt dat Uranus ooit een enorme maan had die hem door zwaartekracht destabiliseerde en er vervolgens op neerstortte. Andere mogelijkheden zijn reusachtige inslagen tijdens het ontstaan van de planeten, of zelfs reuzenplaneten die in de loop der tijd resonerende koppels op elkaar uitoefenen.

De gevolgen van deze kanteling van de planeet zijn dat delen van een halfrond gedurende 42 jaar volledig verstoken zijn van zonlicht. Toen de Voyager 2-ruimtesonde de planeet in de jaren ’80 bezocht was de zuidpool bijna recht op de Zon gericht. Op de laatste Hubble-opname is te zien dat de noordpool nu naar de Zon is gekeerd.

De afbeelding links is een Hubble-opname van Uranus uit 2014 zeven jaar na de noordelijke lente-equinox toen de Zon recht boven de evenaar van de planeet scheen, en toont een van de eerste beelden van het OPAL-programma. Op midden-noordelijke breedtegraden verschijnen meerdere stormen met ijskristalwolken van methaan boven cyaankleurige lagere atmosfeer van de planeet. Hubble fotografeerde het ringenstelsel in 2007, maar op deze foto is te zien dat de dingen zich zeven jaar beginnen te openen. Op dat moment had de planeet meerdere kleine stormen en zelfs enkele zwakke wolkenbanden.

In 2022 vertoont de noordpool van Uranus, op de afbeelding rechts, een verdikte fotochemische waas die lijkt op de smog boven steden. Aan de rand van de polaire waas zijn verschillende kleine stormen te zien. Hubble heeft de omvang en de helderheid van de noordelijke poolkap gevolgd en deze wordt jaar na jaar helderder.

Astronomen ontrafelen meerdere effecten – van atmosferische circulatie, deeltjeseigenschappen en chemische processen – die bepalen hoe de poolkap met de seizoenen verandert. Op de Uranus equinox in 2007 was geen van beide polen bijzonder helder. Naarmate de noordelijke zonnewende in 2028 nadert kan de poolkap nog helderder worden en rechtstreeks op de Aarde worden gericht waardoor de ringen en de noordpool goed zichtbaar worden; het ringenstelsel verschijnt dan met het gezicht naar voren. Deze foto is genomen op 10 november 2022.

Eerste publicatie: 26 maart 2023
Bron: NASA’s Goddard Space Flight Center