Trong nhiều thế kỷ, các nhà thiên văn học đã quan sát bề mặt xoáy của Sao Mộc và bị đánh thức và bí ẩn bởi sự xuất hiện của nó. Bí ẩn chỉ sâu đậm khi, vào năm 1995, Galileo tàu vũ trụ đã chạm tới sao Mộc và bắt đầu nghiên cứu sâu về bầu khí quyển của nó. Kể từ thời điểm đó, các nhà thiên văn học đã hoang mang về các dải màu của nó và tự hỏi liệu chúng chỉ là hiện tượng bề mặt, hay một cái gì đó đi sâu hơn.
Nhờ sự Juno tàu vũ trụ, đã quay quanh Sao Mộc kể từ tháng 7 năm 2016, các nhà khoa học giờ đã gần hơn rất nhiều để trả lời câu hỏi đó. Tuần trước, ba nghiên cứu mới đã được công bố dựa trên Juno dữ liệu trình bày những phát hiện mới về từ trường Sao Mộc, vòng quay bên trong của nó và độ sâu của nó. Tất cả những phát hiện này đang xem xét lại những gì các nhà khoa học nghĩ về bầu khí quyển Sao Mộc và các lớp bên trong của nó.
Các nghiên cứu có tiêu đề là Đo lường của Jupiter, lĩnh vực trọng lực không đối xứng của Jupiter, dòng Jupiter, dòng máy bay phản lực khí quyển Jupiter, kéo dài hàng ngàn km sâu và Hồi Một sự triệt tiêu của vòng xoay khác biệt trong Jupiter, sâu bên trong, tất cả đều được công bố trong Thiên nhiên vào ngày 7 tháng 3 năm 2018. Các nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Luciano Iess của Đại học Sapienza của Rome, thứ hai bởi Giáo sư Yohai Kaspi và Tiến sĩ Eli Galanti của Viện Khoa học Weizmann, và thứ ba bởi Giáo sư Tristan Guillot của Observatoire de la Côte d'zur.
Nỗ lực nghiên cứu được dẫn dắt bởi Professo Kaspi và Tiến sĩ Galanti, ngoài việc là tác giả chính của nghiên cứu thứ hai còn là đồng tác giả của hai tác giả khác. Cặp đôi đã chuẩn bị cho phân tích này ngay cả trước đó Juno ra mắt vào năm 2011, trong thời gian đó họ đã xây dựng các công cụ toán học để phân tích dữ liệu trường hấp dẫn và hiểu rõ hơn về bầu khí quyển Sao Mộc và động lực học của nó.
Tất cả ba nghiên cứu được dựa trên dữ liệu được thu thập bởi Juno khi nó được truyền từ một trong các cực Jupiter sang cột kia cứ sau 53 ngày - một thao tác được gọi là một perijove Hồi. Với mỗi lần vượt qua, tàu thăm dò đã sử dụng bộ dụng cụ tiên tiến của mình để nhìn xuống bên dưới các lớp bề mặt của khí quyển. Ngoài ra, sóng vô tuyến phát ra từ đầu dò được đo để xác định cách chúng bị dịch chuyển bởi trường hấp dẫn hành tinh với mỗi quỹ đạo.
Như các nhà thiên văn học đã hiểu được một thời gian, các máy bay phản lực Jupiter vòi chảy theo các dải từ đông sang tây và tây sang đông. Trong quá trình đó, họ phá vỡ sự phân bố khối lượng đồng đều trên hành tinh. Bằng cách đo lường sự thay đổi trong trường trọng lực hành tinh (và do đó làm mất cân bằng khối lượng), các công cụ phân tích của Tiến sĩ Kaspi và Tiến sĩ Galanti đã có thể tính toán được các cơn bão kéo dài sâu bên dưới bề mặt như thế nào và động lực bên trong của nó như thế nào.
Trên tất cả, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ tìm thấy sự bất thường vì cách hành tinh đi chệch khỏi một hình cầu hoàn hảo - đó là do cách quay nhanh của nó làm nó hơi cong. Tuy nhiên, họ cũng tìm kiếm những bất thường bổ sung có thể được giải thích do sự hiện diện của những cơn gió mạnh trong bầu khí quyển.
Trong nghiên cứu đầu tiên, Tiến sĩ Iess và các đồng nghiệp đã sử dụng theo dõi Doppler chính xác của Juno tàu vũ trụ để tiến hành các phép đo hài hòa trọng lực Sao Mộc - cả chẵn và lẻ. Những gì họ xác định là từ trường Sao Mộc có sự bất đối xứng bắc-nam, là dấu hiệu của dòng chảy bên trong khí quyển.
Phân tích sự bất đối xứng này được tiếp tục trong nghiên cứu thứ hai, trong đó Tiến sĩ Kaspi, Tiến sĩ Galanti và các đồng nghiệp của họ đã sử dụng các biến thể trong trường trọng lực hành tinh trên hành tinh để tính toán độ sâu của các luồng phản lực đông tây Jupiter. Bằng cách đo lường cách các máy bay phản lực này gây ra sự mất cân bằng trong trường trọng lực của Sao Mộc và thậm chí phá vỡ khối lượng của hành tinh, họ kết luận rằng chúng kéo dài đến độ sâu 3000 km (1864 mi).
Từ tất cả những điều này, Giáo sư Guillot và các đồng nghiệp đã thực hiện nghiên cứu thứ ba, trong đó họ đã sử dụng những phát hiện trước đó về trường hấp dẫn và dòng phản lực của hành tinh và so sánh kết quả với dự đoán của các mô hình bên trong. Từ đó, họ xác định rằng bên trong hành tinh quay gần giống như một cơ thể cứng nhắc và sự quay vòng vi sai giảm dần xuống phía dưới.
Ngoài ra, họ phát hiện ra rằng các vùng của dòng chảy khí quyển kéo dài từ 2.000 km (1243 mi) đến 3.500 km (2175 mi), phù hợp với các hạn chế thu được từ các sóng hài hấp dẫn kỳ lạ. Độ sâu này cũng tương ứng với điểm mà độ dẫn điện sẽ trở nên đủ lớn để lực kéo từ tính sẽ triệt tiêu sự quay vi sai.
Dựa trên những phát hiện của họ, nhóm nghiên cứu cũng tính toán rằng bầu khí quyển Sao Mộc chiếm 1% tổng khối lượng của nó. Để so sánh, bầu khí quyển Trái đất chưa bằng một phần triệu tổng khối lượng của nó. Tuy nhiên, như Tiến sĩ Kaspi đã giải thích trong thông cáo báo chí của Viện Weizzmann, điều này khá đáng ngạc nhiên:
Đó là nhiều hơn bất cứ ai nghĩ và nhiều hơn những gì đã được biết từ các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời. Về cơ bản, đó là một khối lượng tương đương với ba Trái đất di chuyển với tốc độ hàng chục mét mỗi giây.
Tất cả đã nói, những nghiên cứu này đã làm sáng tỏ mới về động lực học khí quyển và cấu trúc bên trong của sao Mộc. Hiện tại, chủ đề của những gì cư trú tại lõi Sao Mộc vẫn chưa được giải quyết. Nhưng các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ phân tích các phép đo hơn nữa được thực hiện bởi Juno để xem liệu Sao Mộc có lõi rắn và (nếu vậy) để xác định khối lượng của nó. Điều này đến lượt nó sẽ giúp các nhà thiên văn học tìm hiểu rất nhiều về lịch sử và sự hình thành của Hệ mặt trời.
Ngoài ra, Kaspi và Galanti đang tìm cách sử dụng một số phương pháp tương tự mà họ đã phát triển để mô tả các luồng phản lực của Sao Mộc để giải quyết tính năng mang tính biểu tượng nhất của nó - Jupiter tựa Great Red Spot. Ngoài việc xác định cơn bão này kéo dài đến mức nào, họ cũng hy vọng tìm hiểu lý do tại sao cơn bão này đã tồn tại trong nhiều thế kỷ và tại sao nó đã bị thu hẹp đáng kể trong những năm gần đây.
Nhiệm vụ Juno dự kiến sẽ kết thúc vào tháng 7 năm 2018. Không có bất kỳ phần mở rộng nào, tàu thăm dò sẽ tiến hành một hành trình được kiểm soát vào bầu khí quyển của sao Mộc sau khi tiến hành perijove 14. Tuy nhiên, ngay cả khi nhiệm vụ kết thúc, các nhà khoa học sẽ phân tích dữ liệu mà nó đã thu thập trong nhiều năm tới Những gì điều này tiết lộ về hành tinh lớn nhất của Hệ mặt trời cũng sẽ đi một chặng đường dài hướng tới việc thông báo sự hiểu biết về Hệ mặt trời.
