Jowisz jest czasami nazywany „nieudaną gwiazdą” nie bez powodu. Gazowy olbrzym jest największą planetą w Układzie Słonecznym z dużym marginesem i składa się głównie z wodoru i helu – tak jak Słońce. Jednak pomimo faktu, że jest 318 razy większy od Ziemi, Jowisz nie jest wystarczająco masywny, aby grawitacja mogła wywołać fuzję jądrową, która podniosłaby go do statusu gwiazdy.
Piąta planeta od Słońca ma atmosferę składającą się z około 90% wodoru i około 10% helu, ze śladowymi ilościami innych gazów. Należą do nich para wodna, metan, siarkowodór, neon, tlen, fosfor, węgiel, etan, siarka i kryształy amoniaku, zgodnie z analizami spektralnymi planety.
Atmosfera nie jest jednorodna z gazami, które są ułożone jeden na drugim, tworząc wiele warstw rozciągających się w dół, w tym warstwę wodoru w stanie nadkrytycznym (punkt, w którym nie istnieją odrębne fazy ciekłe i gazowe).
Warstwy te nie są koniecznie związane ze słynnymi pasami Jowisza. Są one w rzeczywistości wynikiem kombinacji szybkiej rotacji planety i drastycznych różnic w temperaturze w różnych regionach. Ziemia obraca się raz na 24 godziny, podczas gdy Jowisz raz na około 9,5 godziny. Jednakże, powierzchnia Ziemi na równiku obraca się z prędkością około 1000 mil na godzinę, podczas gdy równikowe chmury Jowisza poruszają się z prędkością prawie 28 000 mil na godzinę. Równik Jowisza jest również bardziej intensywnie ogrzewany niż bieguny. Fizyka odpowiedzialna za pasy na Jowiszu jest właściwie całkiem podobna do tej, która odpowiada za wiatry handlowe w pobliżu równika i strumienie odrzutowe w pobliżu biegunów na Ziemi.
Ale w przeciwieństwie do Ziemi, Jowisz nie ma stałej powierzchni, więc gość podróżujący przez atmosferę Jowisza w statku kosmicznym po prostu przeorałby ją jak nóż przez mgłę. Jednakże, dla celów praktycznych, naukowcy uważają powierzchnię Jowisza za linię geodezyjną, gdzie ciśnienie atmosferyczne jest równe ciśnieniu ziemskiemu na poziomie morza – w tym punkcie grawitacja jest 2,5 razy silniejsza niż na Ziemi.
Jednakże ten hipotetyczny statek kosmiczny nie skończyłby po prostu po drugiej stronie planety, gdyby nadal mknął w linii prostej – w pewnym momencie zderzyłby się z jądrem Jowisza, którego temperatura szacowana jest na około 35 000 stopni Celsjusza (63 000 stopni Fahrenheita).
Czy Jowisz ma stałe jądro?
Naukowcy wciąż nie są pewni, jak to jądro wygląda, ponieważ gęste i wirujące chmury zasłaniają obserwacje. Ale są powody, by sądzić, że Jowisz ma gęste skaliste centrum otoczone warstwą metalicznego wodoru (faza wodoru, w której zachowuje się on jak przewodnik elektryczny), z inną warstwą wodoru molekularnego (zwykły H2, gaz dwuwodorowy) na wierzchu.
Obecność skalistego jądra jest również wspierana przez modele formowania się planet, które pokazują, że skaliste jądro, lub przynajmniej lodowe, byłoby konieczne w pewnym momencie w historii gazowego olbrzyma.
Według badań z 1997 roku, które przeprowadziły pomiary grawitacyjne, jądro Jowisza może mieć masę 12 do 45 razy większą od masy planety Ziemi – to 4% do 14% całkowitej masy Jowisza.
Inna szkoła myślenia dotycząca rdzenia Jowisza sugeruje, że gazowemu olbrzymowi brakuje skalistego jądra. Zamiast tego, gdy planeta uformowała się miliardy lat temu, kieszeń gazu po prostu zapadła się w sobie, tworząc mniej lub bardziej czysty świat wodorowo-helowy.
Ale ta ostatnia hipoteza została obalona przez misję Juno. Wystrzelony w sierpniu 2011 roku statek kosmiczny nazwany imieniem żony Jowisza w mitologii rzymskiej ujawnił wiele tajemnic dotyczących Jowisza.
Mierząc jak prędkość statku kosmicznego była zwiększana lub zmniejszana przez pole grawitacyjne planety, naukowcy mogli wywnioskować jak masa jest rozmieszczona w głębi Jowisza. Chociaż nie ma sposobu, aby zajrzeć przez wirujące gęste chmury Jowisza, ta sprytna metoda potwierdziła, że Jowisz rzeczywiście ma jądro, napisali naukowcy w czasopiśmieNature. Co więcej, zamiast być zwartą kulą, analiza wykazała, że jądro jest bardziej jak rozmyta kula rozłożona na prawie połowie średnicy Jowisza.
Naukowcy nie wiedzą właściwie dlaczego Jowisz ma tak nietypowe jądro, ale jakiekolwiek może być wyjaśnienie, jest ono wymowne dla tego, jak uformowała się planeta. Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że wczesny Jowisz został wzburzony przez zderzenie z innym ogromnym ciałem protoplanetarnym. Innym wyjaśnieniem byłoby to, że Jowisz zmienił orbitę i dodał więcej planetesimali we wczesnym okresie swojej historii.
Niemniej jednak, ten wgląd pokazał, że wciąż nie wiemy zbyt wiele o olbrzymich planetach gazowych. Poza obaleniem założeń dotyczących jądra Jowisza, misja Juno pokazała również, że dziwne skupiska cyklonów szalejących wokół północnego i południowego bieguna planety są bardziej chaotyczne niż wcześniej sądzono. Kolejną niespodzianką było pole magnetyczne Jowisza, które okazało się być dwa razy silniejsze niż zakładali naukowcy.
Jako że Juno kontynuuje swoją misję badając Jowisza i jego księżyce, naukowcy NASA mają nadzieję odkryć nowe dziwne rzeczy o Jowiszu.