Главная / ПРЕСС-ЦЕНТР / Танки в космосе. Что скрывают облака Юпитера?

ПРЕСС-ЦЕНТР

Танки в космосе. Что скрывают облака Юпитера?
23.12.2016

Танки в космосе. Что скрывают облака Юпитера?

 

 

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Его масса составляет почти два октиллиона килограммов, это в тысячу раз больше, чем масса Земли. Его радиус в десять раз больше земного радиуса. При этом, Юпитер в пять раз дальше от Солнца, чем Земля. Поверхность Юпитера скрыта плотным слоем облаков, через который не пробивается видимый свет. С Земли мы можем наблюдать только большое количество вихрей, бушующих в верхних слоях атмосферы Юпитера, и строить теории об их возникновении.
Изучение Юпитера началось в 1610 году, когда Галилео Галилей собрал свой первый телескоп и открыл четыре самых крупных спутника Юпитера: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Их до сих пор называют «галилеевы спутники». Современная астрономическая техника позволила открыть еще 63 спутника. Всего их 67. Возможно, в скором времени количество открытых спутников Юпитера увеличится. Используя телескопы, работающие в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах, астрономам удалось неглубоко «заглянуть» в атмосферу Юпитера.  
 

Рисунок 1. Снимок Юпитера в инфракрасном и видимом диапазонах. 

На рисунке 1 хорошо видно яркое свечение в инфракрасном спектре. Сила этого свечения в два раза превышает количество тепла, доходящего до Юпитера от Солнца. Объяснить такое явление можно только одним: под поверхностью Юпитера происходят химические и физические процессы, выделяющие большое количество тепла. Поскольку атмосфера очень плотная и не пропускает видимый свет, тепло может выходить наружу только в виде инфракрасного излучения. Используя методы спектроскопии, ученым удалось определить состав верхних слоев атмосферы. Условно его можно разделить на три слоя. Верхний слой состоит из водорода, под ним слой водорода с примесью гелия (как на поверхности Солнца). Третий - самый сложный. Помимо водорода и гелия в нем присутствует большое количество аммиака, гидросульфида аммония и воды (в виде отдельных молекул и кристаллов). Именно в третьем слое образуются те самые вихри, которые мы видим с Земли. Что находится глубже третьего слоя, нам остается только предполагать.
Раньше считалось, что Юпитер - исключительно газовая планета. С появлением точных измерительных приборов и математических методов удалось измерить объем планеты и высчитать её массу. Отношение массы к объему есть плотность. Высчитав среднюю плотность Юпитера получим примерно 13 кг/м3. Это больше, чем плотность газа в атмосфере Земли, но меньше, чем плотность воды. До недавнего времени существовало несколько теорий строения Юпитера. По одной из них у Юпитера должно быть твердое ядро, по другой Юпитер полностью состоит из газов с более плотными включениями пыли и льда. Проверить эти теории можно двумя способами. Самый очевидный из них — опуститься под атмосферу планеты. Но, атмосфера Юпитера настолько плотная, что почти не пропускает радиоволны, а та часть радиодиапазона, который можно использовать для связи, полностью перекрывается собственным радиоизлучением планеты. Поэтому, отправка зонда в атмосферу не даст результата. Остается второй способ - измерить действие гравитации Юпитера на пролетающий мимо него аппарат. Измеряя скорость движения аппарата и его отклонение от изначальной траектории можно определить, на каком расстоянии под поверхностью атмосферы Юпитера находится его твердое ядро или пылевой слой. С 1973 года, мимо Юпитера на разных расстояниях пролетели межпланетные космические станции «Пионер-10» и «Пионер-11», оба «Вояджера», «Улисс», «Новые горизонты» и «Кассини». С 1995 по 2003 год на орбите Юпитера находился «Галилео». Благодаря этим миссиям удалось собрать множество научной информации о Юпитере и его спутниках.
Исходя из траектории движения космических станций был сделан вывод: Юпитер имеет твердое, предположительно, каменное ядро; вихри на поверхности атмосферы Юпитера подпитываются другими вихрями и циклонами, находящимися под поверхностью атмосферы. Ежегодно Юпитер теряет незначительную часть своей массы и уменьшается в объеме (как Солнце и другие звезды). Большую часть энергии Юпитер выбрасывает в атмосферу в виде инфракрасного (теплового) излучения и радиоактивного излучения, в результате чего вокруг планеты образовалась область повышенной радиации, выводящей из строя электронику космических станций. Подобное поведение планеты может соответствовать только одному: на Юпитере, так же как на Сатурне, продолжается процесс формирования. Другими словами, начавшийся много миллионов лет назад процесс формирования планет из протопланетного диска, давно закончившийся на Земле, Венере и Марсе, все еще продолжается на планетах гигантах. Изучая этот процесс, можно более точно узнать: как, а главное, из чего зародилась наша Солнечная система; каким образом протекал процесс формирования Солнца и планет?
Сейчас на орбите Юпитера работает межпланетная космическая станция «Юнона». Запущенная еще в августе 2011 года, она пролетела огромное расстояние между планетами и вышла на орбиту Юпитера 5 июля 2016 года. 
 

Рисунок 2. Автономная межпланетная станция Juno (Jupiter Polar Orbiter) - "Юнона".

У станции «Юнона» сразу несколько задач. Основной задачей считается изучение структуры и состава атмосферы Юпитера. Для этого на станции установлен микроволновый радиометр. Он фиксирует радиоизлучение с длиной волны от 1,3 до 50 сантиметров. Благодаря этому можно изучить состав газов на глубине до 550 километров. Помимо атмосферы планеты «Юнона» будет исследовать магнитное поле Юпитера и изменение гравитационного поля. В результате исследований должна получиться трехмерная карта магнитного поля планеты вблизи полюсов, отображающая: распределение плотности магнитного поля, ионов водорода, гелия и других веществ; взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Юпитера и формирование полярных сияний. При таком большом количестве оборудования на «Юноне» установлена всего одна видеокамера JunoCAM разрешением в 2 МПи (1600х1200). В момент сближения «Юноны» с Юпитером эта камера делает самые чёткие снимки поверхности облаков из всех имеющихся на сегодняшний день. Чёткость снимков составляет до 15 км на один пиксель. Для сравнения, телескоп «Хаббл» в 2009 году смог получить снимки с разрешением 119 км на один пиксель. Снимки большей четкости не только более красивые, но и несут в себе больше научной информации. По этим снимкам ученые смогут более точно отслеживать динамику процессов, происходящих в атмосфере Юпитера.
Многие сейчас подумали: «Почему нельзя было поставить более мощную камеру, делающую снимки с большим разрешением?» «Юнона» была отправлена в свое путешествие в 2011 году, а её проектирование началось на несколько лет раньше, когда более мощных камер еще не существовало. Однако, самое главное ограничение в устанавливаемое оборудование внес сам Юпитер. Из-за его размеров и состава атмосферы вокруг планеты образовалась зона с повышенным уровнем радиации. Сравнить этот уровень можно только с уровнем радиации в ядерном реакторе. Практически любой электронный прибор, попадая в такие условия, выходит из строя. Для его успешной работы требуется защитить прибор экраном (экранировать). Но и здесь не все так просто. Экранирование не позволяет работать многим датчикам. Инженерам пришлось приложить немало усилий для разработки оборудования «Юноны» и его защиты. После всех внесенных поправок и устранения дефектов, космическая станция, по своему устройству, стала похожа на танк. Её многослойный корпус надежно защищает чувствительное оборудование от метеоров, радиации и других «опасностей». Не защищенными остались только панели солнечных батарей. Они изготовлены по новейшей (на момент их создания) технологии и почти не восприимчивы к радиации. Их эффективность на 50% выше, чем у более ранних версий, а вырабатываемой энергии хватает для работы всего оборудования «Юноны» и зарядки двух литиевых аккумуляторов, от которых станция получает энергию, когда проходит в тени планеты.  
 

Рисунок 3. Форма магнитопаузы.

Сейчас «Юнона» уже успешно добралась до Юпитера, прошла его магнитопаузу, снизила скорость и совершила несколько витков вокруг планеты. За моментом прохождения «Юноной» магнитопаузы следили чуть ли не всем миром. Магнитопауза — это зона вокруг планеты, в которой давление магнитного поля планеты равно давлению солнечного ветра. Проще говоря, магнитопауза — граница защищенности от космической радиации, которая есть у любой планеты и других космических тел, имеющих собственное магнитное поле. Проходя эту границу, космический аппарат попадает в совершенно другие «климатические» условия. Космическая станция, пройдя через магнитопаузу Юпитера, испытала резкое повышение радиационного фона. Сам факт того, что аппарат не просто выдержал это испытание, а смог записать и передать на Землю «звук биения ионосферы и плазмы», показал степень защищенности оборудования.
Один виток вокруг Юпитера «Юнона» совершает за 14 дней. 11 декабря планировалось откорректировать траекторию движения «Юноны», что придало бы ей дополнительное ускорение и уменьшило период вращения вокруг планеты до 11 дней. Но ученый совет решил не выполнять этот манёвр. Как говорится: «Лучшее враг хорошего.» Учитывая уже полученные «Юноной» данные стало сложно предположить точный исход манёвра. Вполне возможно, выполнение манёвра 11 декабря могло привести к потере космической станции и частичному провалу миссии.
Миссия «Юноны» должна продлиться до февраля 2018 года, после чего космическая станция опустится в верхние слои атмосферы планеты. Предполагается, что внутри атмосферы станция продолжит работать некоторое время, пересылая на Землю данные.
За судьбой космической станции «Юнона» и получаемой от неё информацией можно следить на официальном портале www.missionjuno.swri.edu. Там можно увидеть уже обработанные и еще не обработанные снимки Юпитера, прочитать комментарии специалистов и свежие новости о проекте. 
 

Рисунок 4. Снимок Юпитера JunoCAM 11 декабря 2016.