Jupiter vergeleken met de Aarde

De wisselwerking tussen Jupiter en io veroorzaakt door het sterke magneetveld

De wisselwerking tussen Jupiter en Io veroorzaakt door het sterke magneetveld

Al sinds Galileo Galileo omstreeks 1610 door een telescoop naar Jupiter keek zijn astronomen en andere wetenschappers geïnteresseerd in de grootste planeet van ons zonestelsel. Zelfs na eeuwen van onderzoek en verschillende ruimtemissies weten we nog steeds niet alles over deze gasplaneet.

Jupiter verschilt nogal van wat wij als Aardbewoner normaal plegen te vinden. Het is een enorm grote en zware planeet die qua samenstelling totaal anders is als de Aarde. Jupiter heeft onbegrepen zwaartekrachts- en magneetvelden en kent een zeer uitgebreid stelsel van manen. Jupiter is een zonnestelsel in het klein en laat ons zien hoe divers een zonnestelsel kan zijn.

Grootte, massa en dichtheid

De gemiddelde straal van de Aarde is 6.371 kilometer en onze planeet heeft een massa van 5,97 * 1024 kilogram. Jupiter heeft een straal van 69.911 ± 6 kilometer en een massa van 1,8986 * 1027 kilogram. Jupiter is dus ongeveer 11 * groter dan de Aarde en bijna 318 * zo zwaar. Echter de dichtheid van de Aarde is significant groter: 5,514 g.cm-3 vergeleken met de 1,326 g.cm-3 van Jupiter.

De zwaartekracht aan het oppervlak van Jupiter is veel groter dan de zwaartekracht aan het oppervlak van de Aarde. De zwaartekracht aan het oppervlak van de Aarde bedraagt 9,8 m.s-1 oftewel 1 g. Omdat Jupiter een gasplaneet is, is er geen vast oppervlak te definiëren, astronomen gaan daarom uit van de regio maar de atmosferische druk gelijk is aan 1 bar (= de atmosferische druk op Aarde op zeeniveau). Op dit niveau kent Jupiter een zwaartekracht van 24,79 m.s-2; hetgeen overeenkomt met 2,528 g.

Samenstelling en opbouw

De verschillende lagen van Jupiter

De verschillende lagen van Jupiter

De Aarde is een aardse planeet en dat betekent dat de planeet is samengesteld uit silicaathoudende mineralen en metalen en dat er een metalen kern, een mantel van silicaathoudend gesteente en een korst zijn te onderscheiden. De kern van de Aarde is ook gedifferentieerd in een binnenkern en en buitenkern die tegengesteld draait aan de rotatie van de Aarde. Als je vanuit de korst afdaalt naar het binnenste stijgt de temperatuur en neemt de druk toe.

Onze planeet heeft een beetje de vorm van een afgeplatte bol; een beetje een uitstulping langs de evenaar en afgeplat aan de polen. Dit is het gevolg van de rotatie van de Aarde en zorgt er voor dat de diameter langs de evenaar 43 kilometer groter is als de diameter langs de polen.

Jupiter daarentegen bestaat voornamelijk uit gassen en vloeibaar materiaal en kan verdeeld kan worden in een gasachtige buitenatmosfeer en een dichter binnenste. De buitenste lagen van de atmosfeer bestaan voor 88-92% uit waterstof en 8-12% uit helium, op basis van volume of op basis van massa voor 75% uit waterstof en 24% uit helium. Het resterende procent zijn andere elementen.

De atmosfeer bevat sporen van methaan (CH4), waterdamp (H2O), ammoniak (NH3) en op silicium gebaseerde componenten maar ook sporen van benzeen (C6H6) en andere koolwaterstoffen. Ook zijn er sporen van koolstof, ethaan (C2H6), waterstofsulfide (H2S), neon (Ne), zuurstof (O2), fosfine (PH3) en zwavel (S) waargenomen. In de buitenste laag van de atmosfeer zijn kristallen van ammoniak (NH3) aangetoond

Het dichtere binnenste bestaat op massa basis voor ongeveer 71% uit waterstof, 24% helium (He) en 5% andere elementen. Men denkt dat er een rotsachtige kern aanwezig is maar dit is niet met zekerheid bekend.

Net zoals op Aarde nemen ook bij Jupiter druk en temperatuur toe naarmate je naar het binnenste gaat. Aan het “oppervlak” heerst een druk van 1 bar en een temperatuur van 67 °C. In het gebied waar de waterstof metallisch wordt heerst een temperatuur van 10.000 °C en een druk van 200 GPa ( 1 bar = 100.000 Pascal). Op de grens met de kern heerst een temperatuur van 35.700 °C en de druk op dit niveau is opgelopen tot ongeveer 3000 – 4500 GPa.

Net zoals de Aarde heeft Jupiter de vorm van een afgeplatte bol maar bij Jupiter is de afplatting wel veel groter: 0,06487 ± 0,00015 vergeleken met de 0,00335 van de Aarde. Dit wordt veroorzaakt door de zeer snelle rotatie van Jupiter waardoor de planeet gemeten over de evenaar 4600 kilometer groter is dan gemeten over de polen.

Baankenmerken

De baan van de Aarde heeft een excentriciteit van ongeveer 0,0167 en varieert in afstand van 147.095.000 kilometer in het perihelium tot 151.930.000 kilometer in het aphelium. De gemiddelde afstand tot de Zon bedraagt 149.598.261 kilometer en deze afstand noemen we de Astronomische Eenheid.

De Aarde heeft een omwentelingsperiode van 365,25 dagen, dat is gelijk aan 1,000017 Juliaanse jaren. Dit betekent dat we iedere vier jaar een extra dag in onze kalender moeten inbouwen. We beschouwen onze dag 24 uur lang maar in werkelijkheid heeft de Aarde 23 uur 56 minuten en 4 seconden nodig voor een enkele siderische rotatie te voltooien (0,997 Aardse dagen). Maar als we dit met de baanperiode om de Zon combineren dan duurt de tijd tussen twee zonsopkomsten (een zonnedag) 24 uur.

Vanaf de noordelijk hemelpool gezien draait de Aarde tegen de wijzers van de klok in om zijn as maar ook de beweging van de Aarde om de Zon is tegen de wijzers van de klok in. De rotatieas van de Aarde maakt een hoek van 23,4° ten opzichte van het baanvlak van de Zon en die helling is verantwoordelijk voor de seizoenen. De temperatuursverschillen gedurende de loop van het jaar worden ook veroorzaakt door de hoeveelheid zonlicht die een halfrond ontvangt gedurende een jaar.

Jupiter beweegt zich op een gemiddelde afstand van 778.299.000 (5,2 AE) om de Zon. In het perihelium bedraagt de afstand 740.550.000 kilometer (4,95 AE) en in het aphelium 816.040.000 (5,445 AE). Op deze grote afstand heeft Jupiter 11,8618 Aardse jaren nodig voor een omwenteling om de Zon. Met andere woorden: een Jupiterjaar komt over een met 4332,59 Aardse dagen.

Echter Jupiter draait het snelst van alle planeten om zijn as. In iets minder dan 10 uur (9 uur 55 minuten en 30 seconden) is de dag alweer voorbij. Een Jupiterjaar duurt 10475,8 Jupiterdagen.

Atmosfeer

De atmosfeer van de Aarde bestaat uit vijf hoofdlagen: de troposfeer, de stratosfeer, de mesosfeer, de thermosfeer en de exosfeer. De regel zegt dat luchtdruk en temperatuur afnemen naarmate je hoger in de atmosfeer gaat en je verder verwijderd bent van het oppervlak. Echter de relatie tussen temperatuur en hoogte is ingewikkeld. In sommige gevallen kan de temperatuur zelfs toenemen met de hoogte.

Ongeveer 80% van de massa van de Aardse atmosfeer bevindt zich in de troposfeer. Ongeveer 50% van die massa bevindt zich in de laagste 5,6 kilometer van de troposfeer. Dit gedeelte bevat voornamelijk stikstof (78%) en zuurstof (21%) met sporen van waterdamp, koolstofdioxide (CO2) en andere gasvormige moleculen.

Bijna alle waterdamp van de atmosfeer bevindt zich in de troposfeer en dit is dus ook de laag waar de meeste meteorologische verschijnselen zich afspelen (wolken regen, sneeuw, onweer). De thermosfeer is de uitzondering op de regel want hier vinden verschijnselen als het noorderlicht en het zuiderlicht plaats

De atmosfeer van Jupiter bestaat voornamelijk uit waterstof (H2) en helium (He) met sporen van andere elementen. Net zoals de Aarde kent Jupiter poollicht aan zijn noord- en zuidpool maar de activiteit is op Jupiter vele malen sterker en houdt ook nooit op. De intense straling, het sterke magneetveld van Jupiter en een overvloed aan materiaal dat door de vulkanen op Io wordt uitgestoten en dat reageert met de ionosfeer van Jupiter zorgen voor een spectaculaire lichtshow.

Ook is het weer op Jupiter redelijk extreem. Windsnelheden van 360 kilometer zijn er normaal, deze winden kunnen pieken bereiken van 620 kilometer per uur. Stormen ontstaan binnen enkele uren en kunnen binnen een dag een doorsnede van duizenden kilometers bereiken. De beroemde Grote Rode Vlek wordt al waargenomen sinds de uitvinding van de telescoop.

Jupiter is gedeeltelijk bedekt met wolken die bestaan uit ammoniakkristallen en mogelijk ook ammoniakwaterstofsulfide (NH4SH). Deze wolken bevinden zich in de troposfeer en zijn op de verschillende breedtes in banden verdeeld. De wolkenlaag is slechts 50 kilometer dik en bestaat uit twee lagen wolken: een dikke onderlaag en een dunne heldere laag.

Mogelijk bevindt er zich nog een dunne laag die waterwolken heeft onder de ammoniaklaag. Bewijs hiervoor is mogelijk afkomstig van de bliksemflitsen die worden waargenomen in de atmosfeer van de planeet en die worden veroorzaakt door de polariteit van water waardoor de ontlading wordt opgewekt die nodig is voor bliksem. Waarnemingen van deze elektrische ontladingen duiden er op dat ze 1000 maal sterker kunnen zijn dan op Aarde.

Manen

De Aarde moet het doen met één maan: de Maan. Onze Maan is er altijd geweest en sinds de prehistorie speelt ze een belangrijk rol in de mythologische en astronomische traditie van alle culturen. De Maan is bovendien ook belangrijk voor de getijden op Aarde. In de moderne tijd is de Maan van belang voor astronomisch en wetenschappelijk onderzoek en speelt ze een belangrijke rol in de verkenning van de ruimte.

De Maan is het enige hemellichaam waar ooit mensen op hebben rond gelopen. De eerste maanlanding vond plaats op 20 juli 1969 toen Neil Armstrong als eerste mens een voet op de Maan zette. In totaal zijn er 13 astronauten op de Maan geweest, ze hebben er wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd dat ons veel heeft geleerd over de samenstelling en het ontstaan.

Dankzij het onderzoek van maanstenen die we naar de Aarde hebben gehaald weten we dat de Maan ongeveer 4,5 miljard jaar geleden is ontstaan uit een botsing van de Aarde en een object ter grootte van Mars (bekend als de planeet Theia). Deze botsing veroorzaakte een enorme hoeveelheid puin dat om de Aarde begon te draaien en later samenklonterde om de Maan te vormen zoals we die nu kennen.

Onze Maan is een van de grootste natuurlijke satellieten in het zonnestelsel en het is op Io na de maan met de hoogste dichtheid. De Maan draait in een gebonden rotatie om de Aarde heen, dat betekent dat altijd dezelfde kant naar de Aarde toe is gericht. De achterkant hebben we pas voor het eerst gezien nadat ruimtesondes om de Maan heen vlogen en er foto’s van maakten.

Jupiter heeft 67 bekende manen. De vier grootste manen zijn bekend als de Galileïsche manen; ze zijn vernoemd naar hun ontdekker Galileo Galilei. Het zijn Io de meest vulkanische maan in ons zonnestelsel; Europa, waarvan men vermoedt dat die een grote ondergrondse oceaan heeft; Ganymedes, de grootste maan in het zonnestelsel en Callisto waarvan men ook vermoedt dat er een ondergrondse oceaan is.

Dan is er de Amalthea groep van manen. Dit zijn vier manen die allemaal diameters hebben van minder dan 200 kilometer en op een straal van minder dan 200.000 kilometer om Jupiter heen draaien. Het zijn de manen Metis, Adrastea, Amalthea en Thebe. Samen met een aantal nog niet benoemde maantjes houden deze manen het ringensysteem van Jupiter in stand.

Daarnaast heeft Jupiter een groep manen die de “onregelmatige manen” wordt genoemd. Dit zijn kleine manen die op grote afstand en in excentrische banen om de planeet draaien. Deze onregelmatige manen zijn opgedeeld in groepen die overeenkomsten vertonen in baan en samenstelling en die vermoedelijk het resultaat zijn van botsingen tussen grotere objecten die door de zwaartekracht van Jupiter zijn ingevangen.

Zoals we zien zijn de verschillen tussen Jupiter en de Aarde bijzonder groot en dan zijn er nog eens hele veel zaken over Jupiter die we nog niet goed begrijpen of niet eens weten. Misschien zal de Juno daar verandering in gaan brengen.

Eerste publicatie: 13 augustus 2016
Bron: UniverseToday