Det er noe rart med Jupiter

5 hours ago 2

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Ble solsystemets største planet skapt som resultat av en kjempekollisjon? Numeriske modeller strever med å forklare hvorfor Jupiter er som den er.

Jupiters store røde flekk fotografert av Juno, NASAs romfartøy, i 2019. (Forbedret bilde av Kevin M. Gill (CC-BY) basert på bilder med tillatelse fra NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS)

Den er den eldste av alle planetene i solsystemet vårt, 350 ganger større enn jordkloden og kan sees tydelig på nattehimmelen til langt ut i april.

En helt vanlig planet vil du kanskje tenke. Men Jupiter bærer på en hemmelighet som har fått forskerne til å klø seg i hodet en stund.

Da romsonden Juno ankom Jupiter og begynte å gå i bane rundt planeten i 2016, målte den planetens gravitasjonsfelt.

Dataene som romsonden sendte tilbake til forskerne, viste at planeten har en fast, men samtidig «utvannet» kjerne.

Planetens kjerne, som består av en blanding av stein, metall og is, er mer diffus enn forventet. Kjernen ser ut til å være dekket av hydrogen i fast form, omsluttet av en blanding av hydrogen og helium.

Finner det samme hos Saturn

Det har fått forskerne til å lure på om Jupiter en gang i solsystemets aller første fase for omtrent fire milliarder år siden, har blitt truffet av noe stort. Så stort at det brøt opp selve kjernen til planeten.

Luis Filipe Alves Teodoro er forsker ved Institutt for teknologisystemer ved Universitetet i Oslo. Han prøver å finne ut hvordan solsystemet vårt ble til.

– Vanligvis vil man tenke seg at en planets tetthet øker jo nærmere kjernen du kommer. Det er som om du har et eple der eplekjernen er hardere enn resten. Men ikke hos Jupiter. Og heller ikke hos Saturn, sier han.

I 2019 publiserte forskere en teori i det vitenskapelige tidsskriftet Nature. De mente at forløperen til dagens Jupiter hadde blitt truffet av et planetarisk «embryo», ti ganger jordens størrelse. Det førte til Jupiters fragmenterte kjerne slik den er i dag.

Forskerne skrev at det var vanlig med slike kjempekollisjoner i solsystemets ungdom. Noe lignende hadde skjedd også med Saturn.

Numerisk modell-nedtur

Men da forskere i Oslo sammen med kolleger fra Durham, SETI og NASA Ames ville simulere en slik superkrasj med sine numeriske modeller, fikk de ikke samme resultat.

En numerisk modell er en type matematisk modell.

– Det var ikke så enkelt som vi hadde trodd, nei. Det viste seg at våre modeller ikke var gode nok. Vi endte opp med en dobbel nedtur, sier Teodoro.

På den ene siden prøvde forskerne å forstå Jupiter. På den annen side ga de numeriske forsøkene dem mulighet til å forbedre modellen og gjøre vesentlige endringer i datakoden.

– Vi tenkte først at det var en lavthengende frukt, at det bare var å kjøre simuleringen. Men da vi begynte forsøkene, skjønte vi at simuleringen i Nature-artikkelen hadde noen begrensninger som vi ikke forstod fullt ut.

Teodoro innrømmer at de ble litt engstelige.

– Vi skjønte at det var noe i fysikken som krevdes for å forstå Jupiters struktur som ikke ble håndtert verken med vår kode eller med deres. Vår modell stemte ikke overens med resultatene i Nature-artikkelen. Det er slik vitenskap fungerer. Man prøver å gjenta et forsøk, og så klarer man ikke alltid å få de samme resultatene.

Ukjent opphav

For forskerne i Oslo, Durham, SETI og NASA Ames ble resultatet en solid forbedring av den numeriske modellen, samt konklusjonen at de ikke tror Jupiter ble utsatt for en slik kjempesmell.

At også Saturn har en slik diffus kjerne, mener Teodoro viser at det er slik en stor andel av de største planetene utvikler seg. Uten at de blir utsatt for ekstreme kjempesmeller.

– Jeg sier ikke at forskerne bak Nature-artikkelen tar feil. Men vi klarer ikke å reprodusere resultatet, sier Teodoro.

Men hvorfor er det så viktig å finne ut hva som ligger bak den uvanlige strukturen inne i Jupiter?

– Det er viktig å forstå de store planetene i solsystemet. Vi skjønner fortsatt ikke helt hvordan planetene har blitt dannet. Og tilstanden til Jupiter byr på ting vi aldri har sett før, sier Teodoro.

Jupiter består for det meste av gass i form av hydrogen og helium. Siden trykket innover i planeten er ekstremt høyt, antar man at hydrogenet nærmest kjernen sannsynligvis har metallisk form.

– Metallisk hydrogen er noe som er svært utfordrende å gjenskape her på jorden. Det krever altfor høyt trykk, sier Teodoro.

Justerer modeller etter observasjoner

På samme måte som at metallisk hydrogen er vanskelig å lage her på jorden, kan man heller ikke reise til Jupiter for å studere den. Derfor er de numeriske modellene et uvurderlig verktøy for romforskerne.

– Vi kan ikke dra til planetene, men vi har observasjoner fra for eksempel romsondene. Så prøver vi å få de numeriske modellene til å passe med det vi observerer.

Siden alle eksperimenter har parametre, kan man med numerisk modellering reise rundt i «rommet» av parametre og oppdage ting.

– Så vi testet hypotesen om en kjempeplanetsmell, og det kan se ut som at det ikke er slik. Kan en diger krasj føre til en kjerne som den Jupiter har? Kanskje ikke, ifølge våre numeriske modeller.

Referanser:

T. D. Sandnes mfl.: No dilute core produced in simulations of giant impacts onto Jupiter. Arxiv, 2024. Sammendrag. Doi.org/10.48550/arXiv.2412.06094

T.D. Sandnes mfl.: REMIX SPH – improving mixing in smoothed particle hydrodynamics simulations using a generalised, material-independent approach. ScienceDirect, 2025. Doi.org/10.1016/j.jcp.2025.113907

Shang-Fei Liu mfl.: The formation of Jupiter’s diluted core by a giant impact. Nature, 2019). Sammendrag. Doi.org/10.1038/s41586-019-1470-2