Das Innere

Die Atmosphäre des Jupiter bildet nur einen sehr kleinen Teil des Planeten, so wie die Haut eines Apfels mit seinem Inhalt verglichen wird. Da unter dieser dünnen äußeren Schicht nichts direkt beobachtet werden kann, werden indirekte Schlussfolgerungen aus den Beweisen gezogen, um die Zusammensetzung des Jupiterinneren zu bestimmen.

Die beobachteten Größen, mit denen Astronomen arbeiten können, sind die atmosphärische Temperatur und der atmosphärische Druck, Masse, Radius, Form, Rotationsrate, Wärmebilanz und Störungen von Satellitenbahnen und Raumfahrzeugtrajektorien. Daraus kann die Elliptizität—oder Abweichung von einer perfekten Kugel—des Planeten und seine Abweichung von einer ellipsoiden Form berechnet werden. Diese letztgenannten Größen können auch anhand theoretischer Beschreibungen oder Modelle für die interne Materialverteilung vorhergesagt werden., Solche Modelle können dann durch ihre Übereinstimmung mit den Beobachtungen getestet werden.

Die grundlegende Schwierigkeit bei der Konstruktion eines Modells, das die inneren Bedingungen für Jupiter angemessen beschreibt, ist das Fehlen umfangreicher Labordaten zu den Eigenschaften von Wasserstoff und Helium bei Drücken und Temperaturen, die in der Nähe des Zentrums dieses riesigen Planeten existieren würden. Es wird geschätzt, dass die zentrale Temperatur nahe 25.000 K (44.500 °F, 24.700 °C) liegt und mit einer internen Wärmequelle übereinstimmt, die es Jupiter ermöglicht, etwa doppelt so viel Energie auszustrahlen, wie er von der Sonne erhält., Der zentrale Druck liegt im Bereich von 50-100 Millionen Atmosphären (etwa 50-100 Megabars). Bei solch enormen Drücken wird erwartet, dass sich Wasserstoff in einem metallischen Zustand befindet.

Trotz der Probleme bei der Bestimmung der Eigenschaften der Materie unter diesen extremen Bedingungen hat sich die Präzision der Modelle stetig verbessert. Die vielleicht bedeutendste frühe Schlussfolgerung aus diesen Studien war die Erkenntnis, dass Jupiter nicht vollständig aus Wasserstoff bestehen kann; Wenn es so wäre, müsste es erheblich größer sein, als es für seine Masse verantwortlich ist., Andererseits muss Wasserstoff vorherrschen, der unabhängig von der Form—Gas, Flüssigkeit oder Feststoff-mindestens 70 Prozent der Masse des Planeten ausmacht. Die Galileo-Sonde maß einen Anteil für Helium von 24 Prozent der Masse in der oberen Atmosphäre des Jupiters, verglichen mit den 28 Prozent vorhergesagt, wenn die Atmosphäre die gleiche Zusammensetzung wie der ursprüngliche Sonnennebel hatte., Da der Planet als Ganzes diese ursprüngliche Zusammensetzung haben sollte, sind Astronomen zu dem Schluss gekommen, dass etwas Helium, das in dem flüssigen Wasserstoff im Inneren des Planeten gelöst wurde, aus der Lösung ausgefallen und in Richtung des Planetenzentrums gesunken ist, so dass die Atmosphäre erschöpft ist dieses Gases. Offensichtlich hat es viel von dem Neon mitgenommen. Dieser Niederschlag bleibt bestehen, wenn der Planet weiter abkühlt. Aktuelle Modelle einigen sich auf einen Übergang von molekularem zu metallischem Wasserstoff in etwa einem Viertel der Entfernung zum Jupiterzentrum., Es sollte betont werden, dass dies kein Übergang zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff ist, sondern zwischen zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Im metallischen Zustand sind die Elektronen nicht mehr an ihre Kerne gebunden, wodurch Wasserstoff die Leitfähigkeit eines Metalls erhält. In keinem dieser Modelle gibt es eine feste Oberfläche, obwohl die meisten (aber nicht alle) Modelle einen dichten Kern mit einem Radius von 0,03–0,1 des Jupiters (0,33–1,1 des Erdradius) enthalten.

Die interne Wärmequelle wurde nicht vollständig aufgelöst., Die derzeit bevorzugte Erklärung ruft eine Kombination aus der allmählichen Freisetzung von Urwärme aus der Planetenbildung und der Freisetzung von Wärmeenergie aus der Ausfällung von Heliumtröpfchen im tiefen Inneren des Planeten hervor, wie es auch auf Saturn bekannt ist. Die geringere Heliumfülle in der Jupiteratmosphäre relativ zur Sonne (siehe Tabelle) unterstützt diese letztere Schlussfolgerung., Der erste Prozess ist einfach die Kühlphase des ursprünglichen „Zusammenbruchs“, der potentielle Energie in thermische Energie umwandelte, als der Planet sein Komplement aus Sonnennebelgas akkumulierte (siehe unten Ursprung des Jovian-Systems).