Jüpiter'in atmosferi ve Büyük Kırmızı Leke

Jüpiter'e bir teleskopla bakan herkesin ilk gördüğü şey, gezegeni boydan boya saran açık ve koyu renkli çizgiler ve güney yarıkürede duran kızıl bir ovaldir. Bu çizgiler ve Büyük Kırmızı Leke, Güneş Sistemi'nin en büyük ve en hareketli atmosferinin dışarıdan görünen yüzüdür. Bu sayfa, Jüpiter atmosferinin bileşimini, katmanlarını, rüzgâr düzenini ve gezegenin simgesi hâline gelen dev fırtınayı anlatıyor. Gezegenin genel özellikleri için “Jüpiter” ana sayfasına bakabilirsiniz.

Neyden oluşur?

NASA'nın Jüpiter bilgi sayfasına göre atmosfer hacimce yaklaşık yüzde 89,8 moleküler hidrojen (H₂) ve yüzde 10,2 helyumdan oluşur. Geri kalan küçük pay, milyonda birlerle (ppm) ölçülen gazlara aittir: yaklaşık 3.000 ppm metan, 260 ppm amonyak, az miktarda hidrojen döteryum, etan ve su buharı. Bu bileşim Güneş'inkine benzer, ama birebir aynı değildir: karbon, azot ve kükürt gibi elementler Güneş'e göre 2-4 kat zenginleşmiştir. Bu fazlalık, Jüpiter'in oluşurken çevresindeki katı malzemeyi de yuttuğuna işaret eden ipuçlarından biridir.

Jüpiter'in katı bir yüzeyi olmadığı için gökbilimciler yükseklikleri, basıncın 1 bar olduğu düzeye göre ölçer. Bu düzeyde sıcaklık yaklaşık 165 K'dir (−108 °C). Basıncın 0,1 bar'a düştüğü, 1 bar düzeyinin yaklaşık 50 km yukarısındaki tropopoz en soğuk katmandır (yaklaşık 110 K). Bunun üzerinde stratosfer ve giderek ısınan üst atmosfer yer alır.

Üç bulut katmanı

Jüpiter'in görünen bulutları, farklı derinliklerde yoğuşan üç ayrı maddeden oluşur. Basınç arttıkça (yani derine inildikçe) sıralama şöyledir:

• Amonyak buzu bulutları: yaklaşık 0,6-0,9 bar düzeyinde, en üstte; gördüğümüz beyaz bölgelerin çoğu bunlardır.
• Amonyum hidrosülfür bulutları: yaklaşık 1-2 bar düzeyinde.
• Su bulutları: yaklaşık 3-7 bar düzeyinde; en yoğun katmandır ve atmosfer hareketlerini en çok bu katman etkiler.

NASA'ya göre bu üç katman birlikte yaklaşık 71 km kalınlığındadır. Su bulutlarının bulunduğu derinlikte, Dünya'dakinden birkaç kat güçlü ama daha seyrek şimşekler çakar. Juno'nun gözlemleri bazı şimşeklerin su bulutlarından daha yükseklerde, 1 bar düzeyinin yaklaşık 260 km üstünde de oluştuğunu gösterdi.

Kuşaklar, bölgeler ve jet akımları

Jüpiter'in çizgileri iki türe ayrılır. Açık renkli, görece yüksek bulutlu şeritlere bölge (zone), koyu renkli ve daha derin katmanların göründüğü şeritlere kuşak (belt) denir. Ekvator Bölgesi yaklaşık 7° güney ile 7° kuzey enlemleri arasında uzanır; onu iki yanından Kuzey ve Güney Ekvator Kuşakları çevreler. Bu şeritlerin sınırlarında birbirine ters yönde esen güçlü jet akımları vardır; hızları saniyede 100 metreyi aşar. NASA ekvatordaki rüzgârların saatte 539 km'ye ulaştığını, jet akımlarının ise yaklaşık 3.200 km derine indiğini belirtir. Juno'nun ölçümlerine göre kuşak ve bölgelerin yapısı su bulutlarının yaklaşık 65 km altında değişir.

Kuşaklar her zaman aynı görünmez. Güney Ekvator Kuşağı, 3 ila 15 yılda bir neredeyse tamamen solup kaybolabilir, ardından şiddetli fırtınalarla yeniden koyulaşır. En son Mayıs 2010'da ortadan kaybolmuştu. Bu değişimler, gökbilimcilerin yanı sıra amatör gözlemcilerin de yakından izlediği olaylardır.

Jüpiter'in Güneş'ten aldığının yaklaşık 1,67 katı enerji yayması, atmosferin “alttan ısıtılan” bir sistem gibi davranmasına yol açar. Gezegenin iç ısısı, Dünya'daki gibi yalnızca güneş ışığına bağlı olmayan, sürekli ve güçlü bir konveksiyon (ısınan gazın yükselip soğuyanın alçalması) sağlar.

Büyük Kırmızı Leke

Büyük Kırmızı Leke, Jüpiter'in ekvatorunun yaklaşık 22° güneyinde yer alan, saat yönünün tersine dönen dev bir antisiklondur (yüksek basınç merkezli fırtına). NASA onu Dünya'nın iki katı genişliğinde ve 300 yılı aşkın süredir gözlenen bir fırtına olarak tanımlar. Wikipedia'da aktarılan ölçümlere göre 3 Nisan 2017'de genişliği 16.350 km'ydi; bu, Dünya'nın çapının yaklaşık 1,3 katıdır. Bulut tepeleri çevresindeki bulutlardan yaklaşık 8 km yüksektedir.

Fırtınanın kenarlarında rüzgâr hızları saatte 430-500 km düzeyine çıkar. Leke, 2008 ölçümlerine göre yaklaşık 4,5 Dünya gününde bir kez kendi etrafında döner. Rengi tuğla kırmızısından soluk somon rengine, hatta beyaza kadar değişebilir; 1961-1966 ve 1968-1975 gibi dönemlerde çok koyu, bazı yıllarda ise oldukça soluk görünmüştür. Rengin kaynağı kesin olarak bilinmiyor. Önde gelen açıklamalardan biri, Güneş'in morötesi ışığının amonyum hidrosülfür ve asetilen gibi bileşikleri parçalayarak kırmızımsı organik moleküller (tolinler) üretmesidir.

Ne kadar eski?

Bu sorunun yanıtı göründüğünden karmaşıktır. Robert Hooke Mayıs 1664'te Jüpiter'de bir leke tarif etmiş, Giovanni Cassini de 1665'ten 1713'e kadar “kalıcı leke” adını verdiği bir yapıyı izlemişti. Bu leke bugünkü Büyük Kırmızı Leke ise fırtına en az 360 yaşındadır. Ancak 2024'te yayımlanan bir çalışma, Cassini'nin lekesi ile bugünkü lekenin aynı fırtına olmadığını, aradaki gözlem boşluğunda eskisinin kaybolup yenisinin oluştuğunu öne sürdü. Bugünkü lekenin bilinen ilk kesin gözlemi Eylül 1831'e uzanır ve 1870'lerin sonundan beri kesintisiz izlenmektedir.

Küçülen fırtına

Büyük Kırmızı Leke giderek küçülüyor. Yaklaşık bir yüzyıl önce boyu 40.000 km civarındayken 2004'e gelindiğinde bunun yaklaşık yarısına inmişti. Leke yalnız küçülmüyor, aynı zamanda daha yuvarlak bir şekle bürünüyor; mevcut eğilim sürerse 2040 civarında tam bir daire olacağı hesaplanıyor. Bu küçülmenin fırtınanın yok olmasına mı yol açacağı yoksa yeni bir dengeye mi ulaşacağı, açık bir soru olarak duruyor.

Ne kadar derin?

Juno uzay aracı 11 Temmuz 2017'de lekenin yaklaşık 8.000 km yukarısından geçti ve fırtınanın derinliğini ilk kez ölçtü. Mikrodalga radyometresi lekenin bulut düzeyinin yaklaşık 240 km altına, kütleçekim ölçümleri ise 300 km civarına uzandığını gösterdi; toplam tahminler 200-500 km aralığındadır. NASA bu ölçümleri Juno'nun kütleçekim verileriyle yaklaşık 500 km'lik bir üst sınır olarak özetler. Yani fırtına Dünya'dan geniş olmakla birlikte, genişliğine oranla oldukça sığ bir “krep” gibidir.

Lekenin bir başka sürprizi üst atmosferdedir: fırtınanın üzerindeki yüksek katmanlar yaklaşık 1.600 K'e kadar ısınır ve gezegenin aynı yükseklikteki geri kalanından yüzlerce derece sıcaktır. Bilim insanları bu ısınmayı, fırtınadan yukarı doğru yayılan ses (akustik) dalgalarına bağlıyor.

Öteki fırtınalar: Oval BA ve kutup siklonları

Büyük Kırmızı Leke Jüpiter'in tek fırtınası değildir. Mart 2000'de üç beyaz ovalin birleşmesiyle oluşan Oval BA, Ağustos 2005'te kızarmaya başladı ve “Küçük Kırmızı Leke” lakabını aldı; NASA'ya göre büyüklüğü Büyük Kırmızı Leke'nin yaklaşık yarısı kadardır. 2018'in sonlarına doğru kırmızı rengini yitirdi.

Juno'nun en çarpıcı keşiflerinden biri de kutuplardaki siklon kümeleridir. Kuzey kutbunda bir merkez siklonun çevresinde sekiz siklon sekizgen, güney kutbunda beş siklon beşgen bir düzen oluşturur. Bu düzenlerin yıllarca bozulmadan kalması, gaz devlerinin atmosfer dinamiği hakkında yeni sorular doğurdu.

Atmosfere inen tek sonda

Jüpiter atmosferine doğrudan dalan tek araç, Galileo görevinin sondasıdır. 7 Aralık 1995'te atmosfere giren sonda, yaklaşık 57,6 dakika boyunca veri gönderdi ve 1 bar düzeyinin 132 km altına, yaklaşık 22 bar basınca kadar indi. Ölçtüğü rüzgârlar derinlikle zayıflamadı; bu, Jüpiter rüzgârlarının yalnız güneş ısısıyla değil, gezegenin iç ısısıyla da beslendiği fikrini güçlendirdi.

Kısaca

• Jüpiter atmosferi hacimce yaklaşık yüzde 90 hidrojen ve yüzde 10 helyumdur.
• Görünen bulutlar üç katmandır: amonyak buzu, amonyum hidrosülfür ve su.
• Açık renkli bölgeler ve koyu kuşaklar arasındaki jet akımları saniyede 100 metreyi aşar.
• Büyük Kırmızı Leke Dünya'dan geniş bir antisiklondur; küçülüyor ve yuvarlaklaşıyor.
• Juno ölçümlerine göre leke yüzlerce kilometre derine iner; kutuplarda düzenli siklon kümeleri bulunur.

Kaynaklar: NASA NSSDCA — Jupiter Fact Sheet, NASA — Jupiter Facts, Wikipedia — Atmosphere of Jupiter, Wikipedia — Great Red Spot, Wikipedia — Juno (spacecraft)