Streven. Jaargang 31

[p. 147]

Mercurius en Jupiter na twintig jaar ruimtevaart
F. Bertiau

In een vorige bijdrage over Venus en Mars werd aangetoond hoe de kennis van de naaste buren in ons planetenstelsel uitermate verrijkt werd doordat wij ze vanuit de ruimte konden observeren en zelfs tot aan de oppervlakte benaderen. Mercurius en Jupiter die veel verder van onze aarde verwijderd zijn hebben van ouds nog groter problemen van observatie en interpretatie gesteld aan waarnemers die hun aardse standpunt niet konden verlaten. De ruimtevaart heeft ons toegelaten ook die planeten vanuit een andere, veel gunstiger ‘hoek’ te observeren, zodat ze een aantal van hun geheimen definitief moesten prijsgeven.

Verschrompelde planeet

Mercurius is altijd al een lastig object van waarneming geweest: er wordt beweerd dat Copernicus er nooit in slaagde de planeet te zien. Aan onze hemel staat ze nooit ver af van de zon (maximale elongatie 28°) en kan ze slechts dicht bij de horizon waargenomen worden, wat de kwaliteit van de waarneming uiteraard niet bevordert. Wanneer ze zich het dichtst bij de aarde bevindt, toont zij ons haar nachtzijde en blijft dus volkomen onzichtbaar. Vóór de ruimtevaart was Mercurius dan ook de grote onbekende, al was men er al lang vrijwel zeker van dat hij geen atmosfeer bezit. De hoge temperatuur én de kleine massa (1/18 van de aardmassa) sluiten iedere atmosfeer uit.

Aan Gerard Kuiper¹ hebben wij het te danken dat Mercurius thans veel van zijn geheimen heeft prijsgegeven. Hij organiseerde het wetenschappelijk onderzoek van de ruimtesonde Mariner 10. Na zijn dood gaf de NASA

1 Gerard Peter Kuiper, geboren Harenkarspel (Nederland) 1905. Na studies te Leiden en werkzaamheden op Sumatra, in 1933 naar de V.S. waar hij assistent werd aan de Lick-sterrenwacht. In 1937 tot Amerikaans staatsburger genaturaliseerd, was hij achtereenvolgens directeur van de Yerkes- en de Macdonald-sterrenwacht en sinds 1960 directeur van het ‘Lunar and Planetary Laboratorium’ in Arizona. Vooral bekend om zijn ontdekking van een maan van Uranus en Neptunus, bestudeerde hij o.a. de dubbelsterren, de atmosfeer van Mars, de ringen van Saturnus, de maankraters. Overleed in Mexico-stad in 1973.

[p. 148]

dan ook de naam Kuiper aan de meest opvallende inslagkrater op Mercurius.

De odyssea van Mariner 10 is een uniek staaltje van ruimtevaartkunst geweest. De sonde verliet Cape Canaveral op 3 november 1973 met een veelvuldige bestemming: Venus, Mercurius, Mercurius en nogmaals Mercurius. Het was de eerste maal dat een ruimtesonde hetzelfde object driemaal in scheervlucht zou ontmoeten.

In een eerste fase, na Venus gefotografeerd te hebben, zou men de gravitatie van Venus gebruiken om de baan naar Mercurius af te buigen. Op 5 februari 1974 naderde de ruimtesonde Venus tot op 5.000 km; een maand later op 29 maart bereikte ze Mercurius. De gravitatie van Mercurius werd nu aangewend om de baan te wijzigen en de sonde rond de zon te sturen op een baan met een periode van twee Mercuriusjaren, zodat de ruimtesonde de planeet een onbeperkt aantal malen zal benaderen. De eerste maal scheerde Mariner 10 Mercurius langs de niet verlichte zijde voorbij op 1.000 km. Foto's werden genomen van de verlichte rand en metingen werden uitgevoerd (resolutie van het kleinste nog zichtbare detailbeeld 4 km). De ruimtesonde begon echter om haar as te tollen zodat nogal wat brandstof verbruikt werd om ze onder controle te krijgen. Na een omloop van 176 dagen, precies 2 maal de periode van Mercurius, keerde Mariner 10 terug naar de planeet. Nu deed zich een nieuwe moeilijkheid voor: de antenne van de ruimtesonde was niet naar de aarde gericht en contact tussen de aarde en de Mariner bleek onmogelijk. De ruimtesonde was nutteloos geworden. De NASA vond een merkwaardige oplossing: een andere ruimtesonde bevond zich op dat ogenblik aan de andere zijde van de zon. Ze voerde metingen uit voor een Duits astronomisch project. Men gaf deze sonde bevel de nodige richtlijnen naar Mariner 10 door te seinen, zodat haar antenne naar de aarde gericht kon worden. Dit lukte en zo werd voor de eerste maal een ruimtesonde gebruikt om een andere uit het slop te helpen. Mariner voerde zijn programma uit en fotografeerde 37% van het oppervlak van Mercurius met camera's met verschillende brandpuntsafstanden. Op de foto's kan men details van 1 km onderscheiden. Mariner 10 zocht ook naar micro-satellieten van de planeet, maar zonder succes.

Toen deze taak vervuld was, bleek dat er nog 253 gr brandstof in de gastank overschoot, niet voldoende om met een Volkswagen 5 km af te leggen. Met dit kwart kilo brandstof werd de volgende omloop rond de zon zo gecorrigeerd dat Mariner 10 176 dagen later Mercurius tot op 327 km benaderde. De resolutie van de foto's verbeterde tot 300 m., 1,5 miljard km waren afgelegd. Van nu af zal Mariner 10 in resonantie blijven met Mercurius

[p. 149]

(Fig. 1): Het met inslagkraters bezaaide oppervlak van Mercurius in een fase, die alleen vanuit de ruimte kan waargenomen worden.

[p. 150]

en blijven rondcirkelen rond de zon tot de sonde op de planeet neerstort.

Wanneer men bedenkt dat dit alles zich op meer dan 100 miljoen km afstand afspeelt en dat alle signalen uiterst zwak zijn, dan moet men wel bewondering hebben voor de technologische prestaties en de wetenschappelijke bekwaamheid van de NASA.

Mercurius bevindt zich heel wat dichter bij de zon dan Venus en die afstand verandert dan nog sterk gedurende een omloop: van 0,387 tot 0,379 astronomische eenheden: men vermoedde dat de zon de natuurlijke rotatie van de planeet om haar as door getijdenwerking reeds lang gedempt had, en dat de rotatieperiode van de planeet daardoor gelijk geworden was aan haar omlooptijd die 88 dagen bedraagt. In 1965 paste men evenwel de reeds in mijn vorig artikel² vermelde radarmethode toe vanuit Arecibo in Mexico: door de frequentieverandering van de radarsignalen aan de rand van Mercurius te meten, ontdekte men dat de rotatieperiode 59 dagen (preciezer 58,65 dagen) bedraagt, net 2/3 van de omlooptijd rond de zon. Slechts om de twee omloopperioden keert Mercurius dezelfde zijde, waarschijnlijk de zwaarste, naar de zon toe op het moment van de periheliumdoorgang (de kortste afstand tot de zon).

De zon heeft de planeet (slechts) gedeeltelijk geremd: een interessant geval van resonantie. Een waarnemer op Mercurius ziet de zon opkomen in het westen en ondergaan in het oosten: hij ziet haar voortschuiven langs de ecliptica tot ze stopt, terugkeert en na enkele dagen (aardse tijd!) weer oostwaarts trekt. Dat is een uniek geval in het zonnestelsel en het gevolg van de grote excentriciteit (0,2)³ van Mercurius' baan én van de zeer lange rotatieperiode.

2 F. Bertiau, Venus en Mars na twintig jaar ruimtevaart, in Streven, aug.-sept. 1977, pp. 990-1001.

3 De excentriciteit is een maat voor de ellipticiteit van een kegelsnede: een cirkel heeft een excentriciteit nul; een parabool één en de excentriciteit van een ellips ligt tussen nul en één.
Wiskundig is de excentriciteit gelijk aan de verhouding tussen de afstand van de brandpunten en de grote as van de kegelsnede.

Erg klein

Mercurius is erg klein van afmetingen en massa. Zijn doorsnede (4.850 km doormeter) bedekt nauwelijks Europa, en binnen de ring van de asteroïden is hij de minst massieve planeet (0,055 van de aardmassa). Op heel wat punten gelijkt Mercurius nogal op onze maan: beide hebben een zeer kleine en bijna dezelfde ‘albedo’⁴, nl. 0.056 en 0.067. Dit betekent dat de twee he-

4 De albedo is de verhouding tussen de teruggekaatste lichtintensiteit van een planeet en de ontvangen lichtintensiteit. De albedo van de aarde is zeer groot: ze weerkaatst een groot gedeelte van het zonnelicht. De albedo van de maan is zeer klein: ze absorbeert het grootste gedeelte van het invallende zonnelicht.

[p. 151]

mellichamen de zonnestralen bijna volledig absorberen in plaats van ze te weerkaatsen. De lichtintensiteit van de maan en van Mercurius, uitgezet in functie van hun fase of schijngestalte, vertoont in beide gevallen een scherpe piek bij het maximum, bij volle maan dus of bij bovenste conjunctie van Mercurius. Reeds lang vóór de ruimtevaart voorspelde Minnaert dat dit verschijnsel alleen te verklaren was doordat beider oppervlak niet met enkele honderden maar met miljoenen kraters bezaaid was: elk van deze kraters werpt een schaduw zolang de zon er niet precies loodrecht boven staat. Daarom is de maan slechts op het ogenblik van de volle maan zeer helder. De nog geringere albedo van Mercurius liet voorzien dat deze planeet een nog grotere kraterdichtheid moest bezitten dan de maan. Apollo-expedities en de foto's van Mariner 10 hebben dat volledig bevestigd.

Het gefotografeerde oppervlak van Mercurius gelijkt zeer sterk op het zuidelijk halfrond van de maan: ook Mercurius werd door miljoenen meteorieten gebombardeerd, en zoals op de maan kan men verschillende kraters dateren door na te gaan hoe ze elkaar overlappen: de jongste kraters zijn er eveneens door stofstralen omringd.

De temperatuur van Mercurius werd door Mariner 10 enkel gemeten op het ogenblik dat de planeet zich ver van de zon bevond. De resultaten kwamen goed overeen met wat men verwacht had: temperatuurverschillen van ongeveer 500°C werden waargenomen. Aan de terminator, waar de zon net boven de horizon staat, daalt de temperatuur tot -120°C, aan de niet verlichte zijde tot -170°C. Door extrapolatie van de gemeten waarden maakt men op dat de temperatuur op de verlichte zijde tot 300°C kan oplopen. Mercurius is dus de tweede heetste planeet na Venus en waarschijnlijk de tweede koudste na Pluto. Het feit dat de temperatuur bij de terminator zeer snel afneemt, zou erop wijzen dat de planeet evenals de maan bedekt is met een laag stof, een slechte warmtegeleider. Zoals op de maan veroorzaakt ook hier de zonnewind een erosie die wij op de aarde niet kennen. Een ander punt van overeenkomst met de maan is het ontbreken van een normale magnetosfeer, zoals de aarde en Jupiter die wel hebben. Bij Mercurius werd een uiterst zwak veld waargenomen, honderdmaal zwakker dan dat van de aarde.

Verschilpunt

Een eerste verschilpunt met onze maan is het ontbreken van grote maria: op de maan zijn dit grote vlakten die enkel door kleine, niet zeer oude inslagkraters onderbroken zijn. Grote lava-overstromingen bedekten daar duizenden km², zodat van het oude oppervlak geen spoor meer te bekennen valt afgezien van een enkele uitstekende rand van een oude inslagkrater. Het oppervlak van die maria bestaat hoofdzakelijk uit silicaten en ijzererts. Op Mercurius blijken dergelijke maria niet voor te komen, al moet

[p. 152]

(Fig. 2): Een fase van Jupiter die alleen vanuit de ruimte kan waargenomen worden: rechts boven de ‘rode vlek’.

[p. 153]

men voorzichtig zijn met een dergelijke uitspraak, aangezien 63% van het oppervlak voorlopig nog onbekend is. Men bedenke ook dat de maan aan de achterzijde géén maria vertoont: deze asymmetrie was de grote verrassing, toen in 1969 de maan voor het eerst door de NASA werd gefotografeerd. Men kan dus a priori niet uitsluiten dat Mercurius eveneens een asymmetrie zou vertonen, wat door zijn eigen rotatie zelf gesuggereerd wordt.

Twee andere verschilpunten met de maan moeten hier nog worden vermeld. Vooreerst is er de afwezigheid van bergketens, die op de maan wel voorkomen. Men merkt wel talrijke lijnen op, die er op schijnen te wijzen dat het oppervlak samentrekt en gedeelten van het oppervlak over elkaar worden geschoven. Tenslotte is er het grote verschil in dichtheid: 5,4 voor Mercurius tegenover slechts 3,3 voor de maan. De planetologen brengen dit in verband met het feit dat Mercurius werd gevormd in de nabijheid van de zon, waar in de oernevel meer zwaar materiaal voorkwam dan op grotere afstand: Mercurius zou eerst de grote metaalhoudende brokken verzameld hebben en er daarna lichter materiaal aan hebben toegevoegd. De ijzerhoudende kern zou het zwakke magnetische veld verwekken. Herhaalde smeltfasen zoals op de maan kwamen op Mercurius niet voor en de ontsnappende gassen kon de planeet niet vasthouden.

Oppervlakkig gezien gelijkt Mercurius dus nogal wat op de maan: maar onder het oppervlak ziet hij er eerder uit als een verschrompelde (kleinere) aarde.

Jupiter en zijn vele manen

In de oudheid was Jupiter de planeet die macht en heerschappij symboliseerde. In ons zonnestelsel is zij qua massa en volume veruit de grootste planeet (massa 317,83 maal groter dan de aardmassa, volume 1.316 maal groter dan dat van de aarde). Jupiter bevat, de zon niet meegerekend, 71% van de totale massa van het zonnestelsel.

Toen Galileï zijn kijker op Jupiter richtte, ontdekte hij dat vier manen om de planeet cirkelden. Getroffen door de analogie van deze bewegingen met zijn nieuwe voorstelling van de planetenbanen om de zon, zag hij daarin een bevestiging van zijn theorie van het heliocentrisme.

Het aantal manen rond Jupiter is alsmaar ‘toegenomen’: eind 1975 ontdekte Brown de veertiende, die gelijkt op een ster van eenentwintigste grootte, 2,5 miljoen maal zwakker dan wat het ongewapende oog kan waarnemen. Het is waarschijnlijk een rots van enkele kilometers doormeter. Een jaar vroeger had Maarten Schmidt de dertiende maan ontdekt en het ziet

[p. 154]

ernaar uit dat er nog meer gevonden zullen worden. Het groot aantal satellieten rond Jupiter heeft de planeet de bijnaam ‘kometenjager’ bezorgd. Jupiter verzamelt niet alleen kometen en rotsblokken: Pioneer 10 vond dat er in de omgeving van Jupiter 300 maal meer stofdeeltjes rondzweven dan elders in de ‘normale’ interplanetaire ruimte.

Al wat zonder voldoende snelheid de planeet te dicht benadert wordt door haar gevangen gehouden of stort erop neer. De accretie-fase (aangroei door toevoeging van aangetrokken materie) is op Jupiter nog steeds aan de gang. De vier manen van Galileï bewegen alle in dezelfde zin, de rotatierichting van Jupiter zelf: het zijn manen die samen met Jupiter ontstaan zijn. Hun massa's zijn van dezelfde orde van grootte als die van onze maan: Io 1,24 maal, Europa 0,66 maal, Ganymedes 2,03 maal en Callisto 1,45 maal de maanmassa. De door Kuiper in 1955 ontdekte Amalthea is zeer klein en beweegt zich, evenals de vier andere manen, in het evenaarsvlak van de planeet, op een baan tussen die van Io en Jupiter. De negen andere manen zijn zeer klein, bewegen kriskras rond de planeet: het zijn wellicht ‘gevangen’ kometen en asteroïden.

Vóór de ruimtevaart

Zelfs door een kleine kijker valt Jupiter dadelijk op door de donkere gordels in zijn atmosfeer. In 1964 ontdekte Hooke in het wolkendek van de planeet een abnormale roodachtige vlek die regelmatig om de 9 uur en 56 minuten terugkeerde. Men noemde ze de rode vlek. Ze draaide mee met de planeet en heeft bovendien een eigen beweging van 2,5 m/sec. Haar afmetingen zijn van de orde van 40.000 op 13.000 km en ze beslaat ongeveer de helft van het aardoppervlak. Een tweede opvallend kenmerk van Jupiter is de sterke afplatting: op de evenaar bedraagt de middellijn 142.800 km, door de polen slechts 135.000 km. Het is - na die van Saturnus - de tweede sterkste afplatting in ons zonnestelsel. De sterke afplatting én de geringe dichtheid van de planeet (1,34) lieten vermoeden dat Jupiter geen vast lichaam is, zoals de aarde, Venus en Mars. Uit de absorptiespectra bleek dat waterstof - en niet koolstofdioxyde of stikstof - het belangrijkste element is. Jupiter leek meer op de zon dan op de aarde.

Een aantal andere merkwaardige verschijnselen op of om de planeet werden geconstateerd, zonder dat men er een verklaring voor had. Zo nam een radiotelescoop in 1955 voor het eerst sterke radiostoten en radiostormen waar in de decimeter-golflengtebanden. Ze bleken van Jupiter afkomstig te zijn: later merkte Bigg op dat dit verschijnsel zich herhaalde wanneer Io zich tussen Jupiter en de aarde bevindt. Met telescopen en ballons bleven de astronomen ijverig alles bestuderen wat men in de omgeving van Jupiter kon waarnemen. In 1974 ontdekte Brown in het spectrum van Io twee emissielijnen naast de absorptielijn van natrium. Men merkte ook dat tel-

[p. 155]

kens als Io uit de schaduw van Jupiter te voorschijn kwam, de helderheid van de planeet abnormaal toenam om na een half uur weer normaal te worden. Io bezit een uitzonderlijk hoge albedo van 0,6: ze weerkaatst het zonnelicht als geen enkele andere planeet of maan in ons zonnestelsel. Het was duidelijk dat de ‘kleine’ Io een bijzondere rol speelde in het zonnestelsel. Van alle Jupitermanen bezit Io trouwens ook de grootste dichtheid, nl. 3,5. De dichtheid van de vier grote manen neemt af naargelang ze zich verder van Jupiter bevinden. Dit verschijnsel treffen wij ‘in het groot’ eveneens in het zonnestelsel aan: de eerste vier planeten rond de zon hebben een opmerkelijk grotere dichtheid dan Jupiter en de verderaf gelegen planeten.

Ruimtesondes

Na het succesrijk onderzoek van Mars, kwam Jupiter aan de beurt. Op 2 maart 1972 verliet Pioneer 10 Cape Canaveral. Het doel van de tocht lag op 800 miljoen km, op 5,2 astronomische eenheden van de zon. De sonde was uitgerust voor dertien verschillende onderzoekprogramma's o.a.: studie van de magnetosfeer, nauwkeurige(r) massabepaling van Jupiter en zijn vier manen, fotometrie en fotografie van het wolkendek, bepaling van de samenstelling van de atmosfeer van Jupiter en Io en van de temperatuur van Jupiter, de studie van de zonnewind op 5,2 astronomische eenheden, van de kosmische straling. Terwijl Pioneer 10 nog onderweg was, bereidde men Pioneer 11 voor, die zijn voorganger zou volgen, zijn onderzoek op de resultaten van Pioneer 10 zou afstemmen, en na een sterke koerswijziging zijn weg zou voortzetten naar de geringde planeet Saturnus (waar hij op 15 september 1979 zou moeten aankomen).⁵

Pioneer 10 doorkruiste de gordel van asteroïden (tussen Mars en Jupiter) zonder geraakt te worden: de kans daartoe was trouwens uiterst klein en er bleek minder stof in de asteroïdengordel voor te komen dan men verwacht had. Daarna naderde Pioneer 10 Jupiter tot op 2,86 Jupiterstralen op 4 december 1973. De apparatuur doorstond de gevreesde vuurproef: geen van de elektronische toestellen viel uit terwijl de ruimtesonde door de magnetosfeer trok. Op dat moment hadden de signalen van de sonde 45 minuten nodig om de aarde te bereiken. Mocht het nodig zijn vanuit de aarde in te grijpen, dan zou het ten minste anderhalf uur duren vooraleer de signalen met de gewenste directieven op aarde waren teruggekeerd. Gedurende die tijd zou de sonde nog eens 138.000 km hebben afgelegd.

5 Ondertussen werden op 20 augustus en 5 september 1977 de sondes Voyager 2 en Voyager 1 gelanceerd (Voyager 1, later vertrokken, zal eerder aankomen), met de bedoeling, na een nieuwe verkenning van Jupiter, tot bij Saturnus en zelfs Uranus door te dringen. De reis naar Uranus (op gemiddeld 19,2 astronomische eenheden van de zon of ongeveer 3 miljard kilometer) zal, indien ze al slaagt, ettelijke jaren in beslag nemen.

[p. 156]

Magnetosfeer

Het magnetisch veld rond Jupiter blijkt ongeveer 400 maal sterker te zijn dan het aardse. Waarschijnlijk dankt het zijn ontstaan aan hetzelfde mechanisme dat men voor de aarde aanneemt: inwendige stromingen (van gedeeltelijk geïoniseerde, dus elektrisch geladen) concentrische gordels rond de aardkern wekken een magnetisch veld op, dat op zijn beurt in die gordels een elektrische stroom induceert en versterkt volgens het bekende principe van de zogeheten zelf-exciterende dynamo.⁶ De magnetische stralingsgordels liggen rond Jupiter in een plat vlak, dat een hoek van 15° maakt met het evenaarsvlak, zodat bij elke rotatie van de planeet de magnetosfeer heen en weer schommelt als een tol. De magnetische krachtlijnen komen niet samen in het centrum van de planeet maar meer ten zuiden ervan. De uitwendige stralingsgordels bevatten ongeveer een miljoen maal meer energie dan de aardse en de energierijke deeltjes van de zonnewind worden erin gevangen en versneld. De straling is zo intens dat geen levend wezen ze kan overleven.

Zoals de aardse magnetosfeer is ook die van Jupiter sterk asymmetrisch onder invloed van de zonnewind. Ze heeft de zogeheten druppelvorm, met een breed en bol schokfront naar de zon toegekeerd, en een lange, uitgerekte tot puntvormige ‘staart’ aan de andere zijde. De staart van Jupiters magnetosfeer reikt tot ver voorbij Saturnus. De (noord-zuid) polariteit van Jupiters magnetisch veld is omgekeerd ten opzichte van de aarde. Een belangrijk verschilpunt met de aardse magnetosfeer is het feit dat de vier grote manen (en Amalthea) zich dwars door Jupiters magnetosfeer bewegen: onze maan bevindt zich te ver van de aarde om enige invloed op haar magnetosfeer uit te oefenen.

Het is vooral Io die, op 5,9 Jupiterstralen van de planeet en met een omwentelingsperiode van 42 uur, de krachtlijnen van de magnetosfeer doorkruist en verstoort. De energierijke geïoniseerde deeltjes werden door hun botsing met Io ontladen en veroorzaken de hogervermelde radio-onweders in de decimetergolflengteband. Tegelijk veroorzaken zij op Io enige erosie waardoor een ijle atmosfeer ontstaat. Zo heeft zich een gaswolk van waterstof, helium en natrium gevormd die zich rond Jupiter uitbreidt in een wijde boog van 120°. De botsing van energierijke deeltjes met deze wolk stimuleert de natriumatomen en verwekt de typische natriumemissie die men reeds vanaf de aarde waargenomen had. Ook het plotse oplichten van Io, wanneer zij uit de schaduw van Jupiter te voorschijn komt, vond een waarschijnlijke verklaring. In de schaduw zou Io zodanig afkoelen, dat de gassen con-

6 Voor feiten en theorieën in verband met het aardmagnetisme cfr. P.H. Roberts, Het aardmagnetisme, in Streven, juli 1956, pp. 896-905.

[p. 157]

denseren tot een laag dichte rijp op het oppervlak. Na de verduistering schittert Io dan bijzonder fel in het zonnelicht, totdat de gassen weer verdampen en Io haar normale kleur en helderheid herneemt. De atmosfeer en de ionosfeer van Io werden onderzocht door middel van radiosignalen door Pioneer 10 uitgezonden toen hij zich dicht bij de nachtzijde van Io bevond.

Pioneer 10 liet eveneens toe de massa's van Jupiter en zijn vier grote manen nauwkeuriger te bepalen: Jupiters massa bleek groter te zijn dan men voorzien had en het verschil bedraagt ongeveer twee maal de massa van onze maan. Voor de mechanica van de hemellichamen is dit van groot belang, aangezien de banen van kometen en asteroïden nu nauwkeuriger berekend kunnen worden.

Ganymedes, Jupiters grootste maan en tevens de grootste van ons zonnestelsel, werd gefotografeerd. Ten minste twee inslagkraters werden opgemerkt: met een doormeter van 400 tot 800 km. Waarschijnlijk lijkt het oppervlak van deze maan sterk op dat van de onze, al moeten beide inwendig sterk verschillen. Ganymedes' dichtheid bedraagt inderdaad slechts 1,3 (die van onze maan 3,34). Terwijl de veel dichtere Io een rotsachtige maan is, bestaat Ganymedes dus uit licht materiaal, misschien een mengsel van ijs en rots.

Jupiters atmosfeer bestaat voor 80% uit waterstof, voor 19% uit helium en voor 1% uit andere elementen. Waterstof komt vooral voor in moleculaire vorm en in verbinding met stikstof en koolstof. Absorptielijnen van methaan en ammonium waren in het spectrum al lang bekend. Het blijkt dus dat Jupiter de waterstof- en heliumabundantie van de oernevel heeft weten te bewaren. Gassen konden de planeet niet verlaten, omdat de kritische ontsnappingssnelheid in de exosfeer bijzonder hoog is: 61 km/sec.

Doordat Jupiters rotatieas vrijwel loodrecht op de ecliptica staat (3°5′), komen er geen seizoenen voor. Het wolkendek vertoont een zeer stabiel en bijna geometrisch eenvoudig patroon, al verstoort de rode vlek deze regelmaat wel. Pioneer 10 en 11 ontdekten dat er verscheidene (kleinere) rode vlekken op Jupiter voorkomen. In elk geval een heel ander beeld dan op de aarde en op Venus.

Temperatuur

Wat de gedragingen van de atmosfeer betreft, verschilt Jupiter van Venus en de aarde, niet zozeer omdat de abundantie van de elementen erg verschillend is, maar vooral omdat de energiebron van de atmosferische bewegingen binnen de planeet zelf ligt. Dit heeft tot gevolg dat de temperatuur van Jupiter aan de nachtzijde nauwelijks lager ligt dan aan de dagzijde. En een tweede belangrijk verschil is dat de aardse atmosfeer en die van Venus beide slechts een schil van enkele tientallen km vormen rond een oppervlak

[p. 158]

in vaste toestand. Op Jupiter is een groot gedeelte van de planeet zelf gasvormig: men vermoedt dat de planeet tot op een diepte van 25.000 km nog gasvormig is. Het zijn stabiele convectiestromen⁷ die de energie van de kern naar buiten transporteren. Op de aarde en op Venus kan lokaal wel enige convectie voorkomen, maar dan geschiedt het energietransport toch hoofdzakelijk van de warmere evenaarsgordel naar de koudere poolgebieden. Op Jupiter zijn dergelijke stromingen zwak, indien ze bestaan. Vandaar dat zich heldere gordels vormen evenwijdig met de evenaar, die overeenkomen met hete opstijgende gassen, en donkere gordels die overeenkomen met koudere dalende gassen. De rode vlekken langs de evenaar zijn stabiele turbulentieverschijnselen die in een dergelijke atmosfeer blijven bestaan. Computermodellen door A. Ingerroll uitgewerkt, schijnen die structuren toe te laten.

Mocht Jupiter nog massiever zijn geweest, dan was hij een ster geworden. De thans heersende inwendige druk en temperatuur volstaan niet om kernenergie vrij te maken, wat in onze zon wel gebeurt. De uitgestraalde energie is te danken aan de langzame ‘implosie’ (in elkaar storten) van de planeet. Een inkrimpen van de planeet van 1 mm per jaar volstaat om de nodige energie te produceren.

Indien Jupiter een ster geworden was, dan zou ons zonnestelsel er volkomen anders uitzien, en zouden wij ons in alle geval op een heel andere plaats in de ruimte moeten bevinden! Tussen de zon en Jupiter zouden zich waarschijnlijk geen stabiele planetenbanen ontwikkeld hebben. De enige geschikte plaats voor een planeet, of juister voor twee planeten, zouden de twee punten in de ecliptica zijn, die met de zon en Jupiter een gelijkzijdige driehoek vormen. Daar bevinden zich trouwens ook nu al verschillende asteroïden, de Trojanen, die samen met de zon en Jupiter een draaiende ruit vormen! Slechts op grote afstand van de zon én Jupiter en in de onmiddellijke (maar verschroeiende) nabijheid van de twee ‘zonnen’ zouden zich planeten op een vaste baan hebben kunnen bevinden. Ons ruimteschip aarde, boordevol leven, heeft het dus nog net goed getroffen, toen Jupiter geen zon kon worden.

7 Convectiestromingen zijn stromingen veroorzaakt door temperatuurverschillen binnen een gasvormige of vloeibare massa.