Vor zehn Jahren erreichte die NASA-Sonde "Juno" nach knapp fünf Jahren Reisezeit den Planeten Jupiter.
Seither liefert sie Daten zur Erforschung des Gasriesen - in Kombination mit Künstlicher Intelligenz (KI) ermöglicht das ein immer präziseres Bild, etwa auch zum bisher eher rätselhaften "verdünnten" Kern des Planeten, wie Wissenschafter am Dienstagnachmittag bei der in Wien laufenden Generalversammlung der European Geosciences Union (EGU) mitteilten.
Das bessere Verständnis von Jupiters innerer Struktur ist von Anbeginn ein zentrales Ziel der Mission gewesen. Seit 2016 umkreist die Raumsonde den Planeten auf einer polaren Umlaufbahn. Jüngst wurde die 83. Umrundung absolviert, wie Scott Bolton vom US-amerikanischen Southwest Research Institute und Principal Investigator der "Juno"-Mission berichtete. Schon seit einigen Jahren geht man davon aus, dass Jupiter einen "verdünnten", eher leichten Kern hat.
"Zwiebel mit vielen Schichten"
"Wir kennen sehr genau die Größe und Form von Jupiter wie auch seine Masse, aber wir wissen noch nicht genau, wie die Masse im Inneren verteilt ist", meinte Yohai Kaspi vom Weizmann Institute of Science (Israel). Bei jeder Umrundung des Planeten habe man mit "Juno" Daten zur Gravitation des Planeten gesammelt, und "das Gravitätsfeld gibt uns Auskunft über subtile Veränderungen beim Spin des Planeten", so der Forscher. In Kombination mit weiteren gemessenen Daten leiten die Forschenden damit letztlich ihre Vorstellungen ab, wie der Planet im Zentrum beschaffen sein könnte.
Die mit "Juno" gesammelten, vergleichsweise sehr präzisen Datensätze hätten gezeigt, dass man beim Aufbau des Planeten von "einer Zwiebel mit vielen Schichten" ausgehen müsse, so Kaspi: "Wenn man über die verschiedenen Schichten und die verschiedenen Kombinationen der vorhandenen Parameter nachdenkt, so gibt es Milliarden von möglichen inneren Strukturen, wie Jupiter aufgebaut sein könnte." Mithilfe von KI und den "Juno"-Daten konnten die Forscher die zahllosen Varianten auf vier mögliche Aufbau-Szenarien einschränken. Und mit weiteren Daten von anderen Missionen sowie weiteren physikalischen Annahmen "können wir es nun im Grunde auf eine zentrale Struktur eingrenzen".
"Verdünnter" Kern und vielleicht kleiner, kompakter Kern
In diesem Szenario ist der bisher bereits vermutete "verdünnte" Kern, wo Wasserstoff und Helium dominieren und weniger schwere Elemente zu finden sind, "nicht allzu groß", so Kaspi: "Es reicht nicht weiter als bis zur Hälfte des Planetenradius." Zudem könne ein kompakter, durch schwere Elemente charakterisierter Kern "entweder nicht existent oder sehr, sehr klein" möglich sein. Klein meine dabei nur "maximal fünf Erdmassen" im Vergleich zu den 300 Erdmassen, die für die Gesamtmasse des Jupiters stehen. Die den verdünnten Kern wiederum umgebende Hülle des Planeten sei vergleichsweise viel weniger dicht, relativ kalt und leicht.
"Als Juno den Jupiter erreichte, steckte KI noch in den Kinderschuhen", so Kaspi. Ohne sie seien die heutigen Erkenntnisse nicht möglich. Diese zwei Arten von Kern habe man lange nicht erwartet, meinten die Experten. Es bleiben bis dato eben auch noch Unsicherheiten: "Wir nutzen KI, aber die KI ist auch noch nicht fertig", sagte Bolton: "Es könnte noch etwas dauern, bevor eine Publikation dazu herauskommt und wir die Frage wirklich beantworten können."
"Einer der Gründe warum wir Jupiter untersuchen ist, dass wir verstehen wollen, wie sich unser Sonnensystem gebildet hat", so der "Juno"-Principal Investigator. Man geht davon aus, dass sich Jupiter zuerst gebildet hat - auch aufgrund der Tatsache, dass er "der massereichste Planet im gesamten Sonnensystem" ist. Allein von seinem Volumen her würden "1.000 Erden in Jupiter" passen, so der Forscher. Vom genauen Aufbau von Jupiter erhofft man sich mehr Einblick, ob gängige Theorien zur Planetenentstehung halten können. Doch hier gebe es noch einige Fragen, gerade mit Blick auf seine Zusammensetzung.
Besteht vor allem aus Wasserstoff und Helium
Der Planet besteht, erläuterte Bolton, wie die Sonne größtenteils aus Wasserstoff und Helium. Das lasse vermuten, "dass er sich früh aus demselben Material gebildet hat wie die Sonne". Gleichzeitig enthalte er aber eben auch ein wenig von dem, "was Kosmologen als schwere Elemente" bezeichnen: "Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und all die anderen Elemente." Doch wie Jupiter mit seiner Verteilung der Elemente und seinem "verdünnten" Kern entstanden ist, sei noch ein Rätsel. "Daten über den Saturn deuten ebenfalls darauf hin, dass er einen verdünnten Kern haben könnte, sodass dies bei Riesenplaneten im gesamten Kosmos üblich sein könnte - was ein weiteres grundlegendes Rätsel ist, das wir verstehen müssen."
Andere Rätsel gibt etwa auch noch Jupiters starker Strahlungsgürtel auf, der mit den kleineren inneren Monden des Planeten koexistiert. Einer der Monde heißt Thebe. Im Rahmen eines jüngsten Vorbeiflugs sammelte man auch von ihm neue Daten - Thebe gilt als eine Art "magischer Punkt", wie es die US-Planetenwissenschafterin Heidi Becker vom Jet Propulsion Laboratory ausdrückte. Aufgrund seiner Eigenschaften in puncto Gravitationsfeld und Zentrifugalkräfte und seiner Position gehe man davon aus, "dass Staub von seiner Oberfläche leicht entweichen kann, und viele Wissenschafter glauben, dass dies zur Entstehung der Gossamer Ring-Struktur des Jupiters beigetragen hat".
Es gibt noch viel zu untersuchen. Dass dies derzeit noch mit der Raumsonde "Juno" geschieht, überrascht: Anfang 2021 wurde die Missionsdauer bis Ende September 2025 verlängert, dann wurde ursprünglich der Abschied von der Sonde durch einen kontrollierten Absturz avisiert. Doch noch werden weiter Daten zur Erde geschickt: "Wir arbeiten derzeit mit den uns zur Verfügung stehenden Mitteln, und die künftige Vorgehensweise sowie die Budgetplanung liegen in der Verantwortung der NASA-Zentrale. Im Moment ist das Raumfahrzeug in
