Jupiter past gewoon in een emmer

Een sneldraaiend vat vol water, veel ingewikkelder hoeft het nabootsen van de wolkenpatronen op gasplaneten niet te zijn. Alleen nu de Grote Rode Vlek van Jupiter nog.

Recent beeld van Jupiter van de Hubble-telescoop. Deze week staat de reuzenplaneet relatief dichtbij aarde. Beeld NASA/ESA
Recent beeld van Jupiter van de Hubble-telescoop. Deze week staat de reuzenplaneet relatief dichtbij aarde.Beeld NASA/ESA

Aan de telefoon vanuit Frankrijk verontschuldigt natuurkundige Simon Cabanes zich bij voorbaat voor het beeldmateriaal dat hij straks gaat opsturen. Weliswaar heeft hij experimenten gedaan die misschien wel het gestreepte uiterlijk van gasplaneten als Jupiter en Saturnus verklaren en zijn resultaten net in topblad Nature Physics gepubliceerd. 'Maar de proefopstelling ziet er niet uit hoor. Een plastic vat op een draaitafel, meer is het eigenlijk niet.'

En gelijk heeft hij. Op een video zien we een kelderachtige ruimte. In een beschermende kooi draait een buitenmodel witte emmer razendsnel rond, met aan een arm een videocamera die meedraait.

Haast niet te zien, maar cruciaal: vierhonderd liter water dat door de rotatie van pakweg 75 omwentelingen per minuut langs de wanden omhooggedrukt staat.

In die waterkolom gebeurt het, zegt Cabanes, daar heersen omstandigheden die voor de stromingsleer precies lijken op wat er gaande is in de wolkenbanden op Jupiter. Dat dit water is, en Jupiter gas, maakt daarbij eigenlijk niet uit.

Het watervat op de draaitafel in Marseille. Beeld IRPHE
Het watervat op de draaitafel in Marseille.Beeld IRPHE

Hoe goed die gelijkenis is, wordt in het artikel in Nature Physics uitgemeten. Op de gasplaneet Jupiter zijn wolken in scherp gescheiden banden te zien, die niet allemaal even snel met de rotatie meegaan, en soms zelfs er tegenin. Zulke banden ontstaan doordat de wolken aan de evenaar veel sneller met de planeet moeten meebewegen dan die dichterbij de polen. Die zogeheten jets, zo is het vermoeden, reiken tot diep in de planeet, maar hoe het verband precies is tussen binnenwereld en oppervlak, is nog geen uitgemaakte zaak. Computersimulaties kunnen de bandenstructuur wel reproduceren, maar fysisch zijn die te simplistisch. En eerdere experimenten in laboratoria draaiden te langzaam om Jupiterachtige stromingen te maken.

Cabanes lukt dat voor het eerst wel, vooral door de draaisnelheid. Op plekken in de bandenpatronen zijn daardoor zelfs wervelingen te zien. Helaas, vertelt de onderzoeker, zijn die nog niet stabiel.

'Het mooiste zou zijn als we de Grote Rode Vlek konden laten ontstaan, een reusachtige rode wervelstorm op Jupiter die al eeuwen voortraast.'

Recht boven Cabanes draaiende watervat volgt de camera tegelijk de bewegingen van zestig zwarte bolletjes die op het opgestuwde wateroppervlak ronddrijven. Met het blote oog is het een chaos. Maar de computer herkent feilloos hoe in het wateroppervlak vanzelf snelle en minder snelle stromen ontstaan; precies als de banden op Jupiter.

Het rotatie-experiment staat tijdelijk stil in het instituut voor niet-evenwichtsresearch IRPHE in Marseille, waar Cabanes tot voor kort werkte. Hij is net naar Parijs verkast, waar hij nu als post-doc vooral computersimulaties van planeetatmosferen doet. Aarde, maar ook weer gasreuzen als Jupiter en Saturnus. Er ligt inmiddels wel een aanvraag in Brussel voor vervolgwerk met zijn draaitafel in Marseille, als het even kan met geestverwante Italiaanse collega's in Rome.

Doel daar: de Grote Rode Vlek. Plaatselijk injecteren van zout zou wel eens de truc kunnen zijn, denkt Cabanes. Om plaatselijke verschillen in dichtheid te veroorzaken. En ook: een echt verband vinden waarmee je aan de banden op een planeet afleest, wat er binnenin gaande is.

In Leiden kan astronoom en exoplaneetjager prof. Ignas Snellen niet wachten tot de proeven verder gaan. 'Dit werk aan Jupiter en Saturnus is interessant, maar ik zou het graag extrapoleren naar exoplaneten. Daar zien we gasreuzen heel langzaam of juist heel snel draaien. Wat voor gasstromen verwacht je dan? Of de aardachtige planeet bij Proxima, die in elf dagen zowel rond de ster draait als om zijn as. Wat voor weer geeft dat? Er is behoorlijk wat theorie over, maar experimenteren zou natuurlijk geweldig zijn.'

Bandenpatronen, echte en nagemaakt. Beeld IRPHE
Bandenpatronen, echte en nagemaakt.Beeld IRPHE
Meer over