|
De hemellichamen die onze onmiddellijke omgeving in het zonnestelsel
bevolken, zijn allemaal steenachtig: Mercurius,
Venus, de aarde, de
maan, Mars en de
planetoïden hebben allemaal een vaste ondergrond,
grotendeels bestaande uit ijzer en steen in verschillende verhoudingen. Sommige van deze
planeten hebben wel oceanen of dampkringen, maar het overgrote deel van hun massa
bestaat uit vaste stoffen.
Dit is niet het geval bij de planeten die verder weg van de zon
liggen: Jupiter, Saturnus,
Uranus en Neptunus
bestaan grotendeels uit gassen. Ze zijn bovendien veel groter dan alle
steenachtige lichamen samen. Daarom spreken we van "gasreuzen".
Bij de vorming van het zonnestelsel konden de gasplaneten (die in hun prille
stadium net zoals de aardse planeten vaste klompen van steen en ijs waren)
door hun zwaartekracht de gassen uit de protoplanetaire nevel aantrekken
en vasthouden. De aardachtige planeten konden dat niet, omdat zij kleiner
waren en omdat er op hun plaats in het zonnestelsel minder gas was overgebleven.
Ongeveer 1 miljoen jaar na het ontstaan van de accretieschijf begon de
zonnewind te blazen, en deze verdreef het overblijvende gas uit het
zonnestelsel.
Voorbij Neptunus konden zich geen gasreuzen ontwikkelen: daar
daalt de temperatuur tot -100 °C en kunnen stoffen zoals waterstof en
helium niet meer in gasvormige toestand voorkomen. Voorbij die grens
vinden we dan ook enkel nog ijsdwergen
en andere ijslichamen.
De binnenkant van de gasreuzen
Op het eerste gezicht lijken de vier gasreuzen erg op elkaar: ze hebben
allemaal een kleine kern van steen, daarrond een laag ijs, en daarrond
een mantel van waterstof. Metingen en berekeningen leren echter dat
Jupiter en Saturnus,
die ook veel groter zijn, qua samenstelling erg
verschillen van de kleinere Uranus en
Neptunus.
Jupiter en Saturnus hebben een heel kleine kern van steen en ijs, met
daarrond een dikke mantel van waterstof. De grote massa van Jupiter en
Saturnus zorgt voor een enorme druk in de planeet. Door die druk
worden de elektronen losgerukt van de individuele waterstofkernen,
en ontstaat een gemeenschappelijke elektronenzee.
De waterstof wordt daardoor geleidend, en gaat zich
als een vloeibaar metaal gedragen. Die metallische waterstof is ook
verantwoordelijk voor de sterke magnetische velden van Jupiter en
Saturnus. Vanaf een bepaalde afstand van de kern is de druk niet meer
zo hoog en bestaat de mantel verder uit gewone waterstof.
Uranus en Neptunus hebben veel minder waterstof, en deze bevindt zich
vooral in de buitenste lagen van de planeet. Daardoor hebben deze twee
planeten een veel minder sterk magnetisch veld. Uranus en Neptunus
hebben een mantel bestaande uit bevrozen water (H2O), methaan (CH4) en
ammoniak (NH3). Wetenschappers noemen deze drie stoffen "ijs," hoewel ze
door de druk en de warmte in de planeetkernen toch
vloeibaar en heet zijn. Daarom worden Uranus en Neptunus ook wel
"ijsreuzen" genoemd.
De atmosfeer van de gasreuzen
Bovenop de dikke gasmantel van de reuzenplaneten bevindt zich, net als
bij sommige kleinere planeten, een atmosfeer. In tegenstelling tot de
aardse planeten is er echter geen duidelijke scheidingslijn:
door de toenemende druk gaat de gasvormige toestand langzaam over
in een vloeibare toestand. De bovenkant van deze atmosfeer is vanop
aarde te zien, en vertoont soms intrigerende wolkenpatronen.
Verschillende chemische elementen zorgen voor de kleuren van de wolken,
en net als op aarde zorgen temperatuurverschillen en het corioliseffect
voor weerpatronen. Stormen op de reuzenplaneten kunnen echter
eeuwenlang duren, en blijven vaak op dezelfde plaats hangen. Jupiter
bestaat bijvoorbeeld uit een reeks parallelle wolkenbanden die altijd op
dezelfde breedtegraad blijven. De bekende rode vlek is een storm die al
minstens 340 jaar aan de gang is, en een gebied bestrijkt dat tien keer
zo groot is als de aarde. De Hubble Space Telescope kon op Jupiter
bliksems zien die tot honderd keer sterker zijn dan die op aarde.
Wolkenpatronen op Jupiter (links) en op Neptunus (rechts).
[Foto's: JPL]
Uit spectraalanalyse weten we uit welke elementen de atmosferen van de
reuzenplaneten bestaan. Bij Jupiter en Saturnus is dat een mix van
ammoniak (NH3), ammoniak-hydrosulfide
(NH4SH) en water (H2O),
bij Uranus en Neptunus voornamelijk methaan (CH4).
Rondom de gasreuzen
De gasreuzen zijn geen alleenstaande planeten: door hun massa hebben ze allemaal
een hele hoop maantjes rondom zich kunnen verzamelen.
Sommige daarvan zijn zo groot als een kleine planeet, andere zijn niet
veel meer dan een brok steen.
Sinds Galileo Galilei voor het eerst zijn telescoop op Saturnus richtte, weten we
dat de planeet een zeer uitgebreid ringenstelsel heeft. Ook de andere
gasplaneten blijken zeer dunne ringenstelsels te bezitten.
Verwante links
|
