Jüpiter
6 Ağustos 2011’de NASA’nın Florida’daki Cape Canaveral üssünden 2016’da Jüpiter’e ulaşması hedeflenen ve 5 Temmuz 2016 tarihinde Jüpiter’in yörüngesine giren insansız uzay aracı olan Juno; gezegeni fotoğraflamaya başladığından beridir bu devasa gezegeni ilgi odağı haline getirmeye başladı. 2022 Mart ayında gezegenin Dünya’dan en net fotoğrafı çekilirken, 26 Eylül 2022’de son 59 yılda Dünya’ya en yakın noktaya gelerek gözlem fırsatı sundu.
Dünya ve Jüpiter, dairesel yörüngelerden ziyade eliptik yörüngeleri takip ettiği için birbirlerinin yanından geçme mesafeleri zamanla değişiyor. Jüpiter, yörüngesi boyunca Dünya’dan en uzak noktadayken iki gezegeni birbirinden ayıran yaklaşık 966 milyon kilometreye kıyasla, 26 Eylül 2022’de Dünya’nın yaklaşık 591 milyon kilometre yakınına geldi. Independent’ın haberine göre NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi araştırma astrofizikçisi Adam Kobelski “Ay’ın dışında, gece gökyüzündeki en parlak nesnelerden biri (o da en parlağı değilse) olmalı” dedi.
Astrofizikçiler tarafından bu kadar ilgi odağı haline gelmişken hadi gelin Jüpiter’i daha yakından tanıyalım.
Jüpiter, fiziksel özellikleri olarak Güneş Sistemi’nin beşinci gezegeni olarak bilinir. Solaris’i oluşturan sekiz gezegen arasında hem çapı hem kütlesi ile en büyük gezegendir. Adını Roma mitolojisindeki tanrıların en büyüğü olan Jüpiter’den almıştır ve gerçekten de adının hakkını vermektedir. Küçük mavi gezegenimize kıyasla Jüpiter’in dönüş hızı 2, ekvator çapı 11, yüzey alanı 120, kütlesi ise 317 kat büyüktür. Büyük ölçüde hidrojen (%86) ve helyumdan (%14) oluştuğu için bir gaz devi olarak adlandırılır. Gezegenin yoğunluğu suyun yoğunluğunun 1,33 katıdır bu yüzden yoğunluğu düşük sayılır. Gazdan oluşması sebebiyle gezegenin akışkan yapısı ve kendi çevresindeki dönüş hızının yüksekliği sebebiyle ekvatordan geniş kutuplardan basık elipsoid şekline sahiptir. Jüpiter’in kendi ekseni etrafında dönüşü ise ekvator bölgelerinde 9 saat 50 dakika 30,003 saniyede tamamlanır ve Sistem I olarak adlandırılır, kutup bölgelerinde dönüş süresi 9 saat 55 dakika 40,630 saniyedir ve Sistem II adını alır. Jüpiter ortalama 13.1 km/s’lik yörünge hızıyla Güneş etrafındaki tek bir devrini tamamlaması 11.8618 Dünya yılı sürer. Ayrıca kütlesinin etkisi olan kütle çekimi yasası ile Güneş’in merkezi etrafında dönmeyip Güneş’in hacminin dışında kalan bir merkez etrafında dönmektedir. Eksen eğikliği 3.13 derecedir. Yüzey sıcaklığı minimum 110 Kelvin maksimum 152 Kelvindir. Yansıtabilirlik derecesi 0,52’dir. Bu derecenin anlamı yüzeyine düşen Güneş ışığının yarısını görünür tarafta yansıtmaktadır. Ancak kızılötesi alandaki ışınım ölçüldüğünde, Jüpiter’in, Güneş’ten aldığı enerjinin 2,3 katı kadarını dışarı yaydığı görülür. Bu nedenle gezegen, Güneş’e olan uzaklığına göre hesaplanan 106 K’den (-167 °C) çok daha yüksek bir etkin sıcaklığa sahiptir ve 126 K (-147 °C) sıcaklığında bir kara cisim gibi ışır. Jüpiter’in kendi içinde yarattığı bu enerji fazlası, gezegenin yer çekiminin etkisi ile yavaşça kendisi üzerine çökerek küçülmesi sırasında dönüştürülen potansiyel enerji ile açıklanmaktadır. Bu olgu Kelvin-Helmholtz mekanizması olarak adlandırılır.
(Kelvin Helmholtz Mekanizması: Bir yıldızın veya bir gezegenin yüzeyi soğuduğunda meydana gelen prosestir. Soğuma iç basıncın düşmesine neden olacağından yıldız veya gezegen küçülür ve çekirdeği ısınır. Bu yasa yüzünden Jüpiter her yıl yaklaşık olarak 2 cm küçülmektedir.)
Jüpiter’in görünüşündeki en belirgin özelliklerinden biri, kendi etrafında hızla dönen kızıl renkli fırtına bulutlarının neden olduğu Büyük Kızıl Leke’dir. Güneş sisteminin en büyük gezegenindeki bu fırtına Dünya’yı içine alacak kadar büyüktür. Büyük Kırmızı Leke, 150 yıldan uzun bir süredir gözlemlenmeye devam etmektedir. Lekeye neden olan fırtınaların ne zaman başladığı ise hâlâ gizemini korumaktadır. Büyük Kızıl Leke, günümüzde hızı saatte 650 kilometreye varan rüzgârlara sahiptir ve fırtınanın çapı 16.000 kilometrenin üzerindedir.
Büyük Kırmızı Leke ilk tespit edildiğinde daha büyüktü ve daha yayvan bir şekle sahipti. Aradan geçen zamanda, özellikle 2000’lerden sonra, giderek küçülmeye ve daireselleşmeye başlamıştır. Büyük Kırmızı Leke’yi detaylı olarak gözlemlemeyi başaran tek alet ise Hubble Uzay Teleskobu’dur. Fırtınanın üst katmanlarının dış kısmındaki rüzgârların %8’e varan oranlarda hızlandığını tespit edilmiştir. Araştırmacılar hız artışının ne anlama geldiğini yorumlamanın zor olduğunu çünkü Hubble’ın Büyük Kırmızı Leke’nin sadece üst katmanlarını görüntüleyebildiğini, alt kısımlarda olanlar hakkında bir bilgi sağlamadığını söylüyorlar. Ancak elde edilen verilerin fırtınanın kaynağını ve enerjisini nasıl koruduğunu anlamaya yardımcı olacağı belirtiliyor.
Gezegenin iç yapısı incelenecek olursa gaz devleri, içerdikleri elementlerin oranlarına göre iki alt gruba ayrılırlar. Uranüs ve Neptün ‘buz’ ve ‘kaya’ oranı daha yüksek Uranüs benzeri gezegenler grubundadır. Jüpiter ve Satürn ise adını yine Jüpiter’den alan Jüpiter benzeri gezegenler grubu içindedir. Jüpiter benzeri gezegenlerin, kabaca Güneş’i ve benzer yıldızları oluşturan maddeleri bu yıldızlardakine yakın oranlarda içerdiği düşünülür. Bu bilgiler çerçevesinde, Güneş Sistemi’nin ilksel bileşimine paralel biçimde Jüpiter’in kütlesinin büyük kısmını hidrojen ve helyumun oluşturduğu varsayılır. Hidrojen/Helyum kütle oranı 75/25 civarındadır. Daha ağır elementlerin Güneş Bulutsusu içindeki toplam payı %1 iken hafif bir zenginleşme ile Jüpiter’de %3-4½ arasında olabileceği hesaplanmaktadır. Bu sonuca göre, gezegenin gözlenen basıklığının 10-15 yer kütlesinde yoğun bir çekirdeğin varlığı ile açıklanabilmesi üzerine varılmıştır. Jüpiter’i oluşturan yapı taşları özgül ağırlıklarına göre tabakalanmış durumdadır:
- Gezegenin merkezinde demir ve ağır metallerle birlikte bunların çevresinde daha hafif elementleri içeren bir ‘buz’ ve ‘kaya’ tabakasının oluşturduğu çekirdek bulunur. Bu noktada sıcaklık 20.000 K, basınç 100 megabara (100 milyon atmosfer) yakındır. Yüksek basınçlar nedeniyle yoğunluğu 20 g/cm³ olan bu katmanın yarıçapı 10.000 km’den küçük, ancak kütlesi Yer’in 10 katını aşkındır.
- Çekirdeği çevreleyen alanda metalik hidrojenden oluşmuş 40.000 km kalınlığında manto tabakası yer alır. Hidrojen, 3 ila 4 Mbar’dan daha yüksek basınçlarda devreye giren Van der Waals kuvvetlerinin etkisi ile moleküler yapısını kaybederek metalik özellikler kazanır, ısıl ve elektriksel iletkenliği çok artar. Manto tabakası, merkezden itibaren gezegen yarıçapının ¾’üne dek uzanır, Jüpiter’in hacminin yarıya yakınını, kütlesinin ise çok büyük çoğunluğunu oluşturur. Bu alandaki metalik hidrojenin sıvı nitelikte olduğu, yoğunluğunun dıştan içe doğru 1’den 5’e kadar (su = 1) yükseldiği sanılmaktadır.
- En dışta 20.000 km kalınlığında moleküler hidrojen (H2) tabakası bulunur. Gezegenin yüzeyine yaklaşıldıkça basınç, ısı ve yoğunluk düşer, hidrojen sıvıdan gaza dönüşür ve giderek atmosfer tabakasına geçilir.
Katmanlar arasında keskin sınırlar olmadığı, bir fazdan diğerine kademeli geçişler olduğu, aynı zamanda konveksiyon akımlarının katmanlar arası madde alışverişine kısmen de olsa izin verdiği tahmin edilir. Gezegenin iç kesimlerinde üretilen dev boyutlardaki ısının bu tür akımlar yardımıyla yüzeye dek aktarılabilmesi tümüyle akışkan nitelikte bir iç yapı varlığını gerektirmektedir.
Jüpiter’in, bir gaz devinin ulaşabileceği en büyük çapa yakın boyutlarda olduğu hesaplanmıştır. Kütlesi daha büyük olan bir gezegen, artan kütleçekim gücünün etkisi ile kendi üzerine çökerek, Jüpiter’e oranla daha büyük yoğunluğa, daha küçük bir hacme sahip olacaktı. Daha yüksek çekirdek sıcaklığı anlamına gelen bu durum, kütlesi Güneş’in kütlesinin %8’i kadar olan bir gezegenin nükleer füzyon için gerekli iç sıcaklığa ulaşarak bir yıldız hâline gelmesi ile sonuçlanır. Bu nedenle, 0,001 Güneş kütlesindeki Jüpiter, ‘yıldız olmayı başaramamış’ bir gök cismi olarak da tanımlanabilir.
Aslında gaz devlerinin belirli bir yüzeyi olduğu söylenemez, gezegenden atmosfer olarak adlandırılabilecek en dış gaz tabakasına doğru kesintisiz, yumuşak bir geçiş söz konusudur. Bu tür gezegenlerin çapları hesaplanırken 1 bar (yaklaşık 1 atmosfer) sınırının dışında kalan kısım dikkate alınmaz; basıncın 1 barı aştığı noktadan itibaren tüm hacim, gezegenin sınırları içinde kabul edilir. Ancak çoğu zaman, atmosfer olarak adlandırılan alan, hidrojen gazı yoğunluğunun sıvı hidrojen yoğunluğu düzeyine çıktığı 10.000 bar basınç sınırına yani gezegenin binlerce kilometre içine dek genişletilir.
Jüpiter hakkında şaşırtıcı gerçeklerden biri de Güneş Sistemi’ndeki tek halkalı gezegenin Satürn olmayışıdır. Satürn’ün halkaları gibi Jüpiter halkaları da, toz denebilecek mikroskobik boyutlardan, onlarca metre büyüklüğe kadar değişen çeşitli boylarda çok sayıda parçacığın bir araya gelmesinden oluşurlar. Bu parçacıklar bir bulut oluştururcasına birbirinden bağımsız hareket eder ve her biri gezegen etrafında kendine ait bir yörünge izler. Bu yörüngelerin gezegen ve iç uydularının çekim güçlerinin karşılıklı etkisi ile sürekli şekillenmesi sonucunda halkaların yapısı korunur. Satürn halkaları ile karşılaştırıldığında, Jüpiter’in halkalarının birçok yönden farklı olduğu görülür. Jüpiter halkalarının çok daha silik olmalarının ve zor gözlenmelerinin nedeni, kendilerini oluşturan toplam madde kütlesinin çok daha az olmasının yanı sıra ışık yansıtıcılıklarının da sınırlı olmasıdır. Jüpiter halkaları, 0,05 gibi bir yansıtılabilirlik derecesi ile üzerine düşen Güneş ışığının büyük bir kısmını soğurur ve karanlık görünürler.
Jüpiter’in kütlesinin ancak küçük bir kısmını oluşturan demir ve diğer ağır elementleri içeren çekirdeğinin bu denli güçlü bir manyetik alan yaratması mümkün olmadığından gezegenin manyetizmasından metalik sıvı hidrojen tabakası sorumlu tutulur. Elektrik iletkenliği çok yüksek olan bu bölgedeki elektronların akımı, Jüpiter’in kendi çevresindeki hızlı dönüşünün etkisi ile güçlü bir manyetik alan oluşturur. Bu alanın etkisi ile Jüpiter, dev bir manyetosfere sahiptir. Manyetosferin gezegene daha yakın kesimlerinde manyetik alana yakalanan elektrik yüklü parçacıkların doldurduğu iki dev Van Allen kuşağı bulunur. Bu bölgelerden kaynaklanan çok güçlü radyo dalgaları, 9 saat 55 dakika 30 saniyelik bir döngü içinde dalgalanmalar gösterir. Bunun Jüpiter’in manyetik alanının oluşumuna neden olan metalik hidrojen tabakasının dönme hızını yansıttığı varsayılarak gezegenin kendi etrafındaki dönüş hızını, atmosfer hareketlerinden bağımsız olarak saptamak mümkün olmuştur.
Jüpiter’in bilinen 80 doğal uydusu vardır. Bunlardan 60 tanesinin çapı 10 km’den azdır. Galileo Galilei 1610 yılında kendi yaptığı basit teleskopla Jüpiter’in en büyük dört uydusu İo, Europa, Ganymede, ve Callisto’yu keşfederek ilk kez Yerküreden başka bir gezegene ait uyduların varlığını göstermiştir. Bu uydular sonradan Galilei uyduları olarak adlandırılmıştır. 1970’lere kadar bilinen uydu sayısı 13 iken Jüpiter’i ziyaret eden Voyager uzay araçları 3 yeni uydunun bulunmasına yardımcı olmuştur.
