Arsen påvist på Jupiter og Saturn

Av Erik Tronstad

En gruppe under ledelse av Keith S. Noll ved University of Arizona har påvist arsentrihydrid (AsH₃) i atmosfærene til Jupiter og Saturn. Molekylet ble identifisert via dets sterke absorpsjonslinjer nær 4,7 mikron i spektra tatt med det 3,6 m store United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT) på Mauna Kea. Arsen er det åttende, og hittil tyngste, grunnstoffet som er påvist i atmosfærene til disse to kjempeplanetene. Det er også det første nye grunnstoffet som der er identifisert siden man for rundt 10 år siden oppdaget germanium på Jupiter.

Disse arsinmolekylene finnes i et antall av 0,3-1,1 per milliard molekyler på Jupiter, og 0,7-2,7 per milliard molekyler på Saturn. En tilsvarende mengde arsiner på Saturn er påvist uavhengig av en gruppe franske astronomer under ledelse av Bruno Bézard ved Meudon Observatory. Selv om disse mengdene kan virke forsvinnende små, er de egentlig nokså store.

Nolls gruppe påpeker at bare det at man i det hele tatt kan observere arsiner, tyder på at de øvre atmosfærene til Jupiter og Saturn er blandet med varmere gass fra dypere lag. Dette skjer som ledd i en kontinuerlig blandingsprosess som drives av varme som stiger opp fra planetenes indre. Man kjenner også til andre molekyler på Jupiter og Saturn som har sine opphav dypt nede i planetene. Når disse molekylene over skytoppene utsettes for ultrafiolett stråling, spaltes de. For at mengden av dem skal være stabil i de øvre atmosfærelagene, må det skje en stadig tilførsel av dem nedenfra. Ved å måle mengdene av dem, kan man få innsikt i kjemiske og dynamiske prosesser dypt nede i atmosfærene, på steder som ikke kan observeres direkte fra Jorden.

Noll og medarbeiderne hans fant også at forholdet mellom arsiner og hydrogen er større på Jupiter og Saturn enn på Solen. På Jupiter var forholdet 1,5 ganger større enn på Solen, og på Saturn 4 ganger større. Også forholdet mellom mengdene av fosfor og hydrogen var store på de to planetene sammenliknet med på Solen. Anrikningen av slike grunnstoffer tyder på at de ytre gassplanetene ikke kondenserte homogent ut fra den opprinnelige soltåken. Isteden underbygger de teorien om at planetesimaler av silikater først samlet seg til kjerner med 10-20 jordmasser, som så trakk til seg gjenværende gass i området, primært hydrogen. Saturn, som har atskillig mindre masse enn Jupiter, skulle ha trukket til seg mindre av den resterende gassen fra soltåken. Ut fra denne teorien skulle dermed Saturn ha en større andel av tyngre grunnstoffer enn Jupiter, i overensstemmelse med det Nolls gruppe har observert.