Jüpiter Gezegeni | Özellikleri, Atmosferi, Uyduları, Lekesi...

Jüpiter, Güneş sisteminin beşinci gezegenidir. Güneş sistemindeki ilk 4 gezegen, kayaç yapılı gezegenlerdir. Bu ilk dört gezegenin ilerisindeki gezegenlerde, işler oldukça değişir. Gaz devleri olarak adlandırılan bu gezegenlerin ilki, Güneş sisteminin hem boyut hem de kütle açısından en büyük gezegeni olan Jüpiter gezegenidir. Kütlesi Dünya'nın neredeyse 320 katı olan gezegenin ekvator çapı, 12 Dünya genişliğindedir.

Jüpiter gezegeni, Galileo Galilei tarafından keşfedilen 4 uyduya ev sahipliği yapmaktadır. Bunlar, Dünya'nın ötesinde keşfedilen ilk uydular olduğu için, astronomi tarihi açısından büyük öneme sahiptir. Ağırlıklı olarak hidrojen ve helyumdan oluşan Jüpiter'in uydu sayısı ise 75'in üzerindedir!

Dev gezegenin en karakteristik özelliklerinden birisi de büyüklüğü neredeyse Dünya'nın 2 katı olan kırmızı lekesidir. Bir fırtına olan ve büyük kırmızı lekeolarak bilinen bu yapı, bir asırdan daha uzun süredir Jüpiter'in altını üstüne getirmektedir.

Jüpiter bir basketbol topu büyüklüğünde olsaydı, Dünya yaklaşık olarak bir üzüm tanesi büyüklüğünde olurdu.

Yapılan çalışmalar göstermiştir ki bu yoğunluk farkının sebebi, gezegenin %90'ının evrendeki en basit atom olan hidrojenden, kalan %10'un ise ciddi bir kısmının helyumdan oluşmasıdır.

Bu iki elementin Dünya'da deniz seviyesindeki yoğunluğunun, Jüpiter'in hesapladığımız yoğunluğundan çok daha düşük olduğu bilgisi akıllara gelebilir. Hidrojenin ve helyumun, deniz seviyesindeki yoğunluğu sırasıyla yaklaşık olarak 0.08 km/m³ ve 0.16 km/m³'tür. Bu iki elementin oluşturduğu Jüpiter'in yoğunluğunu neredeyse 10.000 kat arttıran şey ise, gezegenin akıl almaz kütle çekimi ve bu sayede oluşan basınç kuvvetidir.

Kayaç gezegenlerde olduğu gibi, gaz devleri için de kendi eksenleri etraflarındaki dönüş hızını belirleyebiliriz. Ancak gaz devlerinde bir yüzey bulunmadığı için, bu hesabı yapmak kayaç gezegenlere göre oldukça zordur. Bunun en büyük sebebi, atmosferin belirli kısımlarının, diğer bölgelere göre farklı hızda dönmesidir.

Yapılan gözlemler, tahmin edildiği üzere, gezegenin ekvator bölgesindeki dönüş hızının, yüksek enlemlere göre daha fazla olduğunu göstermiştir. Ekvatordaki dönüşün periyodu 9 saat 50 dakika iken, kutuplara gidildiğinde bu süre 9 saat 55 dakikaya çıkar. Aradaki fark "yalnızca" 5 dakika gibi gözükse de, enlem arttıkça, bir tam tur için alınması gereken yolun azaldığını hesaba katarsanız, ekvatordaki dönüş hızının ne kadar yüksek olduğunu tahmin edebilirsiniz.

Daha keskin ölçümler için, gezegenin manyetik alanının değişiminin periyodunu inceleyen astronomlar, değişimin periyodunu 9 saat 55 dakika olarak bulmuşlardır. Bu bilgiden yola çıkarak, gezegenin çekirdeğinin dönüş periyodunun 9 saat 55 dakika olduğu söylenebilir. Dünya için bu sürenin 24 saat olduğu düşünülürse, gezegenin kendi etrafında oldukça yüksek bir hızla döndüğü rahatlıkla söylenebilir.

Atmosfer

Gezegenlerin atmosfer yapısını anlamak için, ya yansıttığı Güneş ışığının spektrumuna bakarız, ya da radyo dalgalarının yardımına başvururuz. Söz konusu bu iki ölçüm, yukarıda da bahsettiğimiz gibi, hidrojen (H₂ formunda) ve helyumun, gezegenin atmosferinin %99'unu oluşturduğunu bize gösterdi. Gezegenin atmosferinde bu iki elementin yanı sıra; metan, amonyak ve su bulunduğu da bilinmektedir.

Her ne kadar, tüm bu veriler Jüpiter'in dış katmanları hakkında bilgi veriyor olsa bile, çekirdek yapısının da dış katmanlarla benzerlik gösterdiği düşünülmektedir.

Pek çok gökyüzü meraklısı gibi, eğer teleskobunuzu gökyüzüne çevirir ve Jüpiter gezegenine bakarsınız, tıpkı yukarıdaki görseldeki gibi, ekvatoruna paralel şekilde uzanmış şeritleri ve kuşkusuz "büyük kırmızı lekeyi" görürsünüz. Bu şeritler (ya da bantlar) ve kırmızı leke, gezegenin atmosfer yapısı hakkında bize pek çok şey söylemektedir.

Fiziksel Özellikleri

Yörünge Parametreleri

Atmosferi

Şeritlerin Oluşumu

Şeritlere detaylı olarak bakacak olursak, bazılarının açık renkli, bazılarının ise koyu renkli olduğunu görebiliriz. Bu renk farklılığı, konveksiyon akımları sebebiyle oluşmaktadır. Voyager uzay aracıyla yapılan araştırmalar göstermiştir ki, açık renkli şeritler, yukarı yönlü konveksiyon akımının, koyu renkli şeritler ise çekirdeğe yönelen konveksiyon akımının sonucudur. Bu konveksiyon akımlarının oluşturduğu şeritlerin yüzeyinde ise doğu ve batı yönlerine doğru yönelen akımlar (zonal wind pattern) vardır.

Büyük Kırmızı Leke

Jüpiter gezegeni, üzerindeki açık ve koyu renkli şeritlerin yanı sıra, oldukça büyük bir fırtına sistemine de sahiptir. Büyük kırmızı leke olarak bilinen bu fırtına sistemi, 1600'lü yıllarda keşfedilmiştir. Bu fırtına Dünya'yı içine alabilecek kadar büyüktür.

1979'daki Voyager geçişleri sırasında fırtınanın uzunluğu 23,300 kilometre ve genişliği 13,000 kilometre olarak ölçülmüştür. 1995'teki Hubble gözlemleri 20,950 kilometreye ve 2009'daki gözlemler 17,910 kilometreye düştüğünü göstermiştir. 2015'teki gözlemlerde ise 16,500 e 10,940 kilometre ölçülerinde olduğu ve yılda 930 kilometre kısaldığı gözlenmiştir (uzunluktan).

Kendi etrafındaki dönüşünü 6 günde tamamlayan bu fırtına sisteminin, rengine sebep olan kimyasal süreç henüz bilinmemektedir. Yapılan son çalışmalara göre, leke gün geçtikçe küçülmektedir.

Atmosfer Yapısı

Atmosfer yapısı incelenirken karşımıza çıkanilk problem, yükseklik için referans alınacak bir sıfır noktası bulunmamasıdır. Bu sebeple, referans olarak tüm hava olaylarının gerçekleştiği troposfer,sıfır km olarak alınır. Bu sebeple, gezegendeki tüm bulut sistemleri, bu sıfır km noktasının altında yer alır.

Troposferinhemen altında, yaklaşık 40 km derinlikte, amonyak buzlarından oluşan bir bulut tabakası yer alır. Bu bölgenin sıcaklığı, 125-150 K arasındadır. Bu bölgenin altına inildikçe, sıcaklık daha hızlı artmaya başlar.

Amonyak buzlarındanoluşan bulut tabakasının hemen altında, amonyak ve hidrojen sülfat'ın kimyasal tepkimesiyle oluşan amonyum hidrosülfür buzlarından oluşan bir bulut tabakası vardır.

Amonyum hidrosülfür bulutlarını takiben, yaklaşık 80 kilometre derinlikte ise artık sudan oluşan bulutlar karşımıza çıkmaya başlar. Sülfür ile ilişkili pek çok bileşiğin rengi kırmızı, kahverengi ve yeşil ile ilişkilendirilebileceğinden, Jüpiter gezegeninin üzerindeki şeritlerin renginin, sülfür ve fosfor içeren bileşikler tarafından oluşturulduğu düşünülmektedir.

Katı ve sıvı haldeki sudan oluşan bölgeyi de geçtiğimizde, artık sıcaklık 400 Kelvin'e yaklaşmaya başlar ve gaz haldeki hidrojen, helyum, metan ve amonyak ile karşılaşırız.

Jüpiter Gezegeninin İç Yapısı

Gezegenin Güneş'e olan uzaklığı göz önünde bulundurulduğunda, yapılan sıcaklık ölçümlerinin yaklaşık 105 K'lik sıcaklığı göstermesi bekleniyordu. Lakin Jüpiter'in spektrumuna bakıldığında hesaplanan sıcaklık, bundan tam 20 K daha fazlaydı. Bu her ne kadar ufak bir fark gibi dursa da olması gerekenden tam olarak 4x10¹⁷ Watt daha fazla enerjiye karşılık gelmektedir.

Astronomlar, bu enerji farkından sorumlu olan şeyin, Jüpiter gezegeni oluşurken, gezegenin çekirdeğinde biriken ve ısıya dönüşenkütle çekimsel enerji olduğunu farkettiler. Çekirdekte biriken enerji, çeşitli mekanizmalar yardımıyla önce atmosferin üst tabakalarına, oradan da dışarıya sızmaktaydı. Bu enerji çıkışı da Jüpiter'in ortalama sıcaklığını, beklenenden daha yüksek hale getirmeye yetiyordu.

Troposferden derinlere indikçe, hem sıcaklık hem de yoğunluk artar. Birkaç bin kilometre aşağıya indiğimizde, gaz yapıdaki elementler ve bileşikler, artan basınç sebebiyle sıvılaşmaya başlar. Çekirdeğe ulaştığımızda, toplam basınç Dünya'nın yüzeyindekinin 30 milyon katına ulaşır. Bu sebeple, çekirdek son derece yüksek bir yoğunluğa sahiptir. Yaklaşık olarak 20.000 km'lik çapa sahip olduğu düşünülen çekirdeğin sıcaklığı, yaklaşık olarak 25,000 K'dir (bazı kaynaklarda 35,000 K düzeylerine çıkmaktadır).

Bu basınç ve sıcaklık sebebiyle, metalik özellikleri baskın gelen hidrojen, tıpkı Dünya'nın çekirdeğinde bulunan sıvı haldeki metaller gibi davranır. Son derece iyi bir iletken haline gelen bu yapı, Jüpiter'in manyetik alanının oluşmasına katkı sağlar.

Hatırlayacak olursanız, yıldızlar da hidrojence zengin ve oldukça yüksek sıcaklığa ve basınca sahip çekirdeklere sahiptir. Jüpiter, eğer şu anki kütlesinin 80 katı daha fazla kütleye sahip olsaydı, Jüpiter'in çekirdeği de nükleer füzyon yapabilir hale gelecekti. Yani Jüpiter de (sönük ve küçük de olsa) bir yıldız haline gelecekti.

Jüpiter'in Manyetik Alanı

Radyo teleskobu gözlemleri, gönderdiğimiz uzay sondaları ve çeşitli uyduların yaptığı yaklaşmalar sonucunda, Jüpiter'in manyetik alanına dair veriler elde etmiş olduk. Bu veriler bize gösterdi ki Jüpiter de tıpki Dünya gibi (ama çok daha geniş) bir manyetik alana sahip. Bu manyetik alanın kuyruğu öylesine uzun ki, neredeyse Satürn'ün yörüngesine kadar uzamakta. Dahası, Dünya'nın manyetik alanında olduğu gibi (Van Allen Kuşakları), Jüpiter de manyetik alanı dolayısıyla yüksek enerjili parçacıklarla çevrili!

Yapılan ölçümler, Jüpiter'in manyetik alanının Dünya'nın manyetik alanından yaklaşık 20,000 kat daha büyük olduğunu bize gösterdi. Bu manyetik alan, kuşkusuz sıvı haldeki iç yapısının, Jüpiter'in oldukça yüksek dönüş hızı sebebiyle bir dinamo haline gelmesiyle oluşmakta.

Jüpiter'in Uyduları

Jüpiter'in, 75'i aşkın uydusu bulunmaktadır. Bunların en popülerleri, 1610 yılında Galileo Galilei tarafından keşfedilen ve Galileo'nun adıyla anılan 4 uydudur. Bu dört uydunun adı, Ganymede, Io, Europa ve Callisto'dur. Jüpiter'in geri kalan uydularının çapı, 300 km'den daha küçüktür. Bu sebeple, gezegenin nispeten daha büyük olan uydularını kapsayan Galileo uydularınıincelemek yeterli olacaktır.

Europa

Donmuş bir kabuğa sahip olan Europa, sudan oluşan bu kabuğunun altında, Dünya'nın sahip olduğunun iki katı kadar suya sahip olabilir.

Callisto

Callisto, 4 Galileo uydusunun en sönük görünümlü olanıdır. koyu renkli kayalardan oluştuğu düşünülmektedir.

Ganymede

Güneş sistemindeki en büyük uydu olan Ganymede, Merkür ve Plüto'dan daha büyüktür. Kendi manyetik alanı olan tek uydu olan Ganymede, buz katmanları arasında bir okyanusa da sahiptir.

Io

Io, Güneş sistemindeki volkanik olarak en aktif gök cismidir. Volkanlarından püskürdüğü sülfür, gezegene sarı-turuncu arası bir görünüm kazandırmıştır.

Halka Yapısı

Halka yapısı denildiğinde, pek çoğumuzun aklına Satürn geliyor ancak 1979'da gerçekleştirilen Voyager görevinde, Jüpiter gezegeninin zayıf da olsa bir halka yapısına sahip olduğu keşfedildi. Yalnızca birkaç bin kilometre genişliğe sahip olan halka yapısı, Jüpiter'in bulut yapısından yaklaşık 50.000 kilometre yüksekte bulunmaktadır.

Kısaca Jüpiter'in Özellikleri (Özet)

• Güneş sisteminin beşinci gezegenidir.
• Güneş'ten ortalama 780 milyon kilometre uzaktadır (5.2 AB)
• Satürn, Uranüs ve Neptün gibi bir gaz devidir, üzerinde adım atılacak kayaç bir yüzeyi yoktur.
• Güneş sisteminin hem boyut hem de kütlece en büyük gezegenidir.
• Dünya'nın kütlesinin 320 katı kütleye sahiptir (Güneş'in kütlesinin 1000'de 1'i).
• Eğer kütlesi 80 kat fazla olsaydı bir yıldız olmaya aday olurdu.
• Ekvator çapına 12 Dünya dizilebilir (yarıçap 71.500 kilometre).
• Kendi ekseni etrafında 9 saat 50 dakikada döner (ekvatorda).
• Bir yılı 4333 gündür.
• Kuyruğu Satürn'e kadar uzanan bir manyetik alana sahiptir.
• Tıpkı Dünya'daki gibi kutup ışıkları gözlenir (Aurora).
• Konveksiyon akımlarından dolayı açık ve koyu kahverengi tonlarında şeritleri vardır.
• Dünya'yı içine alabilecek kadar büyük olan, büyük kırmızı leke adında fırtınaya sahiptir.
• Dünya'daki amatör teleskoplar tarafından bile bu şeritler ve büyük kırmızı leke görülebilir.
• 75'i aşkın uydusu bulunur.
• Galileo uyduları denilen 4 adet küresel uydusu vardır (Io, Europa, Ganymede ve Callisto).

Hazırlayan: Ege Can Karanfil
Editör: Ögetay Kayalı

Referanslar

1. Eric Chaisson & Steve McMillan, Astronomy Today 8th edition, Chapter 11
2. Space.com, "Jupiter's Atmosphere"
3. Space.com, "Largest Planet"
4. NASA, "Fact Sheet"

Görsel Referansları
1.https://solarviews.com/eng/callisto.htm
2. https://spaceplace.nasa.gov/europa/en/
3. https://solarviews.com/eng/ganymede.htm
4. https://solarviews.com/eng/io.htm
5. https://www.spacetelescope.org/images/heic1410a/
6. Eric Chaisson & Steve McMillan, Astronomy Today 8th edition, Chapter 11, figure 5
7. Eric Chaisson & Steve McMillan, Astronomy Today 8th edition, Chapter 11, figure 7
8 Eric Chaisson & Steve McMillan, Astronomy Today 8th edition, Chapter 11, figure 15

Kapak Görseli: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS; Processing & License: Kevin M. Gill; 23/11/2020 APOD

Tablodaki veriler: <https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter>