7. Юпитер

7.1. Juno: тайная жизнь гиганта

В июле 2016 года зонд NASA Juno успешно вышел на промежуточную орбиту вокруг планеты-гиганта Юпитера, и поэтому стоит узнать, что и как он изучает после начала научной работы.

Juno

Juno – далеко не первый исследователь Юпитера, но большинство зондов пролетало мимо и изучало планету лишь с пролетных траекторий.

Почти всегда гигант использовался для ускорения при гравитационных маневрах, и лишь в 90-е к нему прилетел аппарат NASA Galileo.

В отличие от Galileo, Juno полностью посвятила себя исследованию Юпитера и провела более тесные сближения и осмотр полярных областей.

Согласно распространенной шутке, Юнона (Juno), жена Юпитера, летит узнать, как он проводит время со своими любовницами и любовниками, имена которых даны многим спутникам планеты-гиганта. На самом деле миссия Juno не касается взаимоотношений Юпитера и его спутников, это исследование всецело посвящено самому гиганту.

Главные научная задача Juno – лучше узнать строение Юпитера. Это знание позволило бы больше узнать о процессах формирования газовых гигантов в Солнечной и других планетных системах.

Юпитер – уникальное тело для нашей системы – практически переходная форма от планеты к коричневому карлику. Всего под несколькими сотнями километров гелий-водородно-аммиачной газовой атмосферы Юпитер наполнен морем жидкого водорода, на дне которого еще более экзотическое вещество – металлический водород. Огромное давление и температуры формируют условия, которые просто так невозможно даже представить на Земле, можно лишь провести математическое моделирование или получить миллиграммы подобного вещества в лаборатории. Как распределяются слои в недрах Юпитера, какие там процессы происходят, есть ли твердое ядро в самом центре? На эти вопросы должна была ответить Juno.

Взгляд в Большое красное пятно должен был позволить увидеть не только богатый внутренний мир Юпитера, но и лучше понять процессы формирования планетных систем и более экзотических объектов Вселенной: коричневых карликов. Чтобы стать коричневым карликом Юпитеру понадобится найти где-то еще дюжину своих близнецов, а чтобы дойти до состояния звезды – восемь десятков. Тем не менее, Юпитер – уже совсем не та планета земного типа, которые сейчас лучше всего изучены.

Juno оборудовали приборами, каждый из которых по-своему должен был извлечь знания из юпитерианских глубин.

Внешняя газовая оболочка – самая доступная для изучения, поэтому на нее было нацелено больше всего приборов, но процессы, происходящие в юпитерианских облаках, должны были подсказать, что происходит глубже. Внешнюю атмосферу Юпитера доверили изучать двум спектрометрам: инфракрасному и ультрафиолетовому. Для «массового зрителя» установили отдельную камеру, которая снимает в видимом диапазоне, ее задача – радовать нас красивыми фото, пока она не умрет от радиации.

Инфракрасная камера должна увидеть тепловые потоки в атмосфере на глубине до 70 километров. Чтобы инфракрасные данные о Юпитере были полнее, планету заранее стали наблюдать при помощи наземных телескопов, в том числе европейского VLT.

В ультрафиолете должны были наблюдаться полярные сияния Юпитера. Сейчас этим занимается только телескоп Hubble.

Полярные сияния интересуют ученых не только с эстетической точки зрения. Магнитное поле Юпитера – самое сильное из планет Солнечной системы. Оно является причиной формирования самых мощных радиационных поясов, а хвост магнитосферы тянется на сотни миллионов километров аж до орбиты Сатурна. Природа образования магнитного поля таится в глубинах Юпитера и связана с токами в жидком металлическом водороде во внешнем ядре планеты-гиганта, поэтому изучение магнитного поля и радиационных поясов – еще одна важная задача Juno.

Например, уже сейчас известно, что у Юпитера, так же как и у Земли, географический полюс не совпадает с магнитным.

В отличие от Земли, у Юпитера есть свой собственный источник заряженных частиц, который наполняет радиационные пояса. У нас приходится ждать солнечной вспышки, чтобы увидел полярные сияния, а Юпитеру достаточно очередного крупного извержения на ближайшем крупном спутнике Ио. А поскольку Ио бурлит всегда, то и фейерверки на полюсах Юпитера не редкость.

Вулканы Ио выбрасывают пыль и газы, атомы которых ионизируются солнечным ультрафиолетом и пополняют магнитосферу Юпитера, становясь большой проблемой для космических аппаратов и возможных будущих покорителей Европы.

Для изучения заряженных частиц и плазмы Juno оснастили двумя датчиками низкоэнергичных и высокоэнергичных частиц. Специальная антенна призвана изучать радиоволны, которые создаются полярными сияниями и грозами.

Задачей магнитометра стало картографирование магнитного поля, расположенного на одном из «крыльев» космического аппарата. Этот прибор очень чуток к изменениям магнитного поля, поэтому его постарались вынести как можно дальше от электрооборудования Juno.

Для повышения точности показаний, магнитометр оснастили звездными датчиками, которые должны определять положение прибора, ориентируясь по звездам. Когда Juno пролетала мимо Земли, звездные датчики удалось протестировать и одновременно использовать в качестве видеокамеры.

Взгляд в самое нутро атмосферы Юпитера аппарат Juno должен был произвести при помощи микроволнового радиометра, позволяющего наблюдать тепловые потоки на глубине до 600 километров.

Наконец, пожалуй, одно из самых важных исследований планировали провести путем регистрации отклонений в гравитационном поле планеты. Результатом должно было стать понимание строения Юпитера, распределения слоев, уточнение массы его ядра и более точное понимание его состава. Как ни странно, для этих целей на аппарат не установили отдельного прибора. Анализ планировали производить по радиосигналу: неоднородности гравитационного поля на ничтожные доли процента должны были менять скорость космического аппарата, и эти отклонения бы определялись на Земле по эффекту Допплера, который смог бы удлинять или укорачивать волну радиосигнала Juno.

К февралю 2018 года, миссия Juno должна была завершиться путем сведения аппарата в плотные слои атмосферы планеты-гиганта.

Такое бесследное уничтожение аппарата предусмотрено, чтобы избежать опасности заражения земными микроорганизмами поверхности спутников Юпитера, прежде всего Европы, где надеялись найти собственную жизнь.

Во время работы Juno на Юпитер должен был упасть очередной крупный астероид, и это событие планировалось исследовать всем инструментарием. Как показывают наземные наблюдения, такие столкновения для Юпитера не редки, хотя предшественнику Juno, зонду Galileo, в 90-е повезло еще больше – он смог наблюдать падение кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 году.

Любопытно, что до сих пор в верхней атмосфере Юпитера наблюдается повышенное содержание воды в тех регионах, куда произошло падение фрагментов кометы. Это открытие было сделано инфракрасным телескопом Herschel, и Juno тоже попытался оценить запасы воды.

Глава первоначально подготовлена для научно-популярного портала «Чердак», и опубликована под названием «Тайная жизнь гигантов».

Страница: