Юпитер - грозный гигант
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Юпитер
 Исследователи
Станция "Juno"
Страница: Старт "Юноны" к Юпитеру, Юнона на подлете к Юпитеру, Выход на орбиту Юпитера (Part #1, Part #2);
Гигант Юпитер

Орбита, на которой никто не бывал

    27 августа 2016 г. в 05:51 PDT (12:51 UTC) по бортовому времени, или в 06:44 PDT по времени прихода сигнала на Землю, автоматическая станция Juno прошла в перииовии на высоте около 4200 км над верхней границей облаков Юпитера. Скорость аппарата в момент наибольшего сближения составляла 58 км/с по отношению к планете. Таким образом, станция завершила первый из 36 запланированных витков вокруг газового гиганта.
    По словам руководителя проекта Juno из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене Рика Найбаккена (Рик Nybakken), первые принятые и обработанные телеметрические данные показали, что бортовые системы аппарата отработали нормально, сбоев не было.
    Juno уже прошел на столь же близком расстоянии от Юпитера в ночь с 4 на 5 июля, когда выполнял торможение с целью выхода на орбиту. Однако тогда практически все приборы, кроме жизненно важных систем станции, были выключены: специалисты стремились максимально исключить любую помеху с их стороны, которая могла бы повлиять на исполнение маневра.

"ЮНОНА" (JUNO, NASA)

    В ходе 53-суточного полета по сильно вытянутой эллиптичной орбите с апоцентром на расстоянии 8 млн км от планеты аппаратура Juno была тщательно проверена, что позволило с уверенностью использовать при возвращении к планете все имеющиеся на борту научные инструменты. С их помощью впервые со столь близкого расстояния осуществлялось наблюдение облачного слоя и, по словам научного руководителя миссии Скотта Болтона (Scott J. Bolton) из Юго-западного исследовательского института в Сан-Антонио, уже получен ряд весьма интригующих данных. Правда, только для того, чтобы полностью передать их на Землю, потребуется несколько дней, а для первичного научного анализа и понимания, понятно, еще больше.
    Несколько изображений в видимом диапазоне, полученные камерой JunoCam, были опубликованы уже в первых числах сентября, в том числе изображения атмосферы Юпитера с максимально высоким разрешением. Кроме того, аппарат впервые передал качественные изображения северного и южного полюсов Юпитера.

И вот он наконец: перечеркнутый границей терминатора мир невиданных по мощности газовых турбулентностей, штормов и ураганов, невиданный доселе нигде в Солнечной системе! Снимок получен камерой JunoCam 27 августа примерно за два часа до перииовия с высоты 195000 км.
"ЮНОНА" (JUNO, NASA)

    «Мы сейчас на такой орбите, где никто и никогда не бывал прежде, и эти изображения дадут нам совершенно новый взгляд на мир газового гиганта, - заявил Скотт Болтон. - Это первая предоставленная нам возможность посмотреть крупным планом на короля нашей Солнечной системы и начать выяснять, как же он устроен».
    Итак, Juno начал второй виток продолжительностью 53.22 суток. Станция будет удаляться от Юпитера вплоть до 23 сентября, когда во второй раз достигнет апоиовия. Второй виток, по расчету, закончится 19 октября в 18:11 UTC бортового времени в перииовии на высоте 4180 км. Однако за 11 минут до этого, в 18:00 UTC, начнется маневр сокращения периода орбиты PRM (Period Reduction Maneuver), в результате которого Juno перейдет на рабочую орбиту с периодом обращения 13 сут 23 час 41 мин.
    Этот маневр считается критическим, как и выполненный 4/5 июля, и за несколько дней до его осуществления научные инструменты миссии снова будут выключены для минимизации вероятных помех. Реализация маневра также будет очень похожей: естественно, аппарат придется развернуть в направлении против орбитального движения, то есть антеннами в сторону от Солнца и Земли, и вместо телеметрии какое-то время будут передаваться тоновые сигналы. Двигательную установку предполагается задействовать на протяжении 22 минут, за которые аппарат получит отрицательное приращение скорости около 350 м/с.
    На новой орбите научные инструменты будут снова активированы, а после третьего перииовия, ожидаемого 2 ноября, наступит активная научная стадия миссии.

С первого взгляда

    Передача на Землю шести мегабайт данных, собранных 27 августа в ходе шестичасового пролета от северного до южного полюса, заняла полтора земных дня. Завершения приема ученые проекта Juno ожидали с невиданным нетерпением - ведь до сего момента северный полюс Юпитера наблюдался только в 1974 г. с борта Pioneer 11. Конечно, со значительно худшим разрешением и с менее удобного ракурса.
    Даже астроном-любитель, взглянув на эти снимки, заметит их непривычный характер. В отличие от хорошо знакомой нам структуры экваториальной области Юпитера, где четко разделяются пояса и зоны, полярные области гиганта усеяны вихрями штормов самых разных размеров, вращающихся как по, так и против часовой стрелки.
    «Это только первый мимолетный взгляд на северный полюс планеты, но уже похоже, что ранее мы не видели ничего подобного, - продолжил комментировать Скотт Болтон, главный исследователь Juno из Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио. - Он голубее по цвету, чем другие части планеты, и в нем присутствует много штормов. Там нет никаких признаков широтных зон, к которым мы привыкли, так что на этом изображении вообще сложно узнать Юпитер. Мы видим, что облака имеют тени; возможно, это указывает на то, что облака находятся на большей высоте, чем другие структуры».
    Между тем наиболее заметным результатом и открытием этого пролета стало не то, что попало в объектив JunoCam, а как раз то, чего на снимке не оказалось. А именно, на северном полюсе Юпитера не обнаружено шестиугольной облачной структуры, подобно той, которой обладает Сатурн, нет даже ничего, что хоть малейшим образом напоминало бы ее. Так что на протяжении остальных 35 пролетов ученым еще будет над чем поломать голову.
    Наряду с камерой JunoCam, которая служит в первую очередь пиаровским целям, данные собирали и восемь «чисто научных» инструментов миссии. Ученые особенно отметили работу инфракрасного картографа полярных сияний JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper), разработанного и изготовленного Итальянским космическим агентством, с помощью которого удалось получить несколько замечательных изображений полярных областей в полосе от 3.3 до 3.6 мкм, где излучают возбужденные ионы водорода.
    «JIRAM залез под кожу Юпитера, предоставив нам первые инфракрасные снимки, сделанные крупным планом, - поделился успехами Альберто Адриани (Alberto Adriani), исследователь из римского Института астрофизики и планетологии IAPS. - Эти первые инфракрасные виды северного и южного полюсов Юпитера открыли нам теплые и горячие пятна, которые мы никогда не видели раньше. И хотя мы предполагали, что первые в мире инфракрасные снимки южного полюса Юпитера могли обнаружить южные полярные сияния планеты, но были потрясены, увидев его в первый раз. Никакими другими инструментами - ни с Земли, ни с борта космического аппарата - мы ранее не могли их обнаружить. Теперь мы видим, что сияния очень яркие и четко структурированные. Высокий уровень детализации изображений, безусловно, расскажет нам много об их морфологии и динамике».

Южные полярные сияния на Юпитере. Представленное изображение JIRAM является комбинацией из трех снимков, полученных с интервалами в несколько минут примерно через четыре часа после прохождения перииовия.
"ЮНОНА" (JUNO, NASA)

    Еще более уникальные данные получил волновой прибор Waves (полное наименование - Radio/Plasma Wave Experiment), с помощью которого была осуществлена запись радиоизлучения Юпитера. Конечно, о самом его существовании известно уже с 1950 г., но, по понятным причинам, еще никогда не удавалось проанализировать эти волны с близкого расстояния. По словам исследователя Билла Курта (Bill Kurth) из Университета Айовы, «Юпитер говорит с нами таким образом, как могут разговаривать только газовые гиганты. Радиоволны обнаружили признаки эмиссии энергичных частиц, генерирующих мощные авроральные явления в полярных областях. Эти выбросы являются самыми сильными на планетах Солнечной системы. Теперь мы попытаемся выяснить, откуда приходят генерирующие их электроны».

Юпитеры бывают разные

    Как стало ясно в последние годы, в нашей Галактике содержится огромное количество невероятно разнообразных планет класса Юпитера. Среди них - горячие и холодные, существенно превосходящие в размерах и массе наш собственный и, наоборот, небольшие «претенденты». Астрономы говорят, что число таких планет может достигать миллиарда. И результаты их изучения в будущем мы сможем использовать для развития понимания нашей Солнечной системы и нашей галактической среды, в том числе понимания перспектив поиска жизни.
    Однако верно и обратное. Исследуя «домашние» газовые гиганты, мы можем превратить наши приборы и датчики в средства изучения экзопланет, причем сделать это уже сегодня.
    Пройдет еще очень много времени, прежде чем ученые получат возможность изучать экзопланеты, находящиеся в нескольких десятках световых лет от нас, непосредственно с их орбиты. Но, как сказал астроном научного Института экзопланет NASA (NExSci) в Калифорнийском технологическом институте Дэвид Сиарди (David R. Ciardi), «только тогда мы будем в состоянии понять то, что видим на других экзопланетах, когда сможем понять нашу систему Юпитера».

Следующее изображение показывает южный полюс гиганта. Фотография сделана спустя час после перииовия с высоты 94500 км. Южный полюс Юпитера никогда прежде не был виден с такого ракурса, хотя под очень косыми углами часть полярной области наблюдалась со станции Cassini во время пролета в 2000 г. Контраст усилен. На вставках вынесены четкие силуэты огромных вихрей на южном полюсе Юпитера.
"ЮНОНА" (JUNO, NASA)

    Как уже отмечалось, юпитероподобные планеты бывают разные. Например, так называемые горячие Юпитеры приобрели свое имя по причине того, что находятся на очень малом расстоянии от своих звезд, завершая полный оборот вокруг светила лишь за несколько земных суток и, естественно, сильно нагреты. Но возникает вопрос: почему таких планет нет в нашей Солнечной системе? Имели ли место какие-то особенности в процессе ее формирования? Или же наоборот: в будущем, спустя миллиарды лет, не предстоит ли и нашему собственному Юпитеру стать «горячим», по спирали опускаясь ближе и ближе к Солнцу (а по пути, естественно, уничтожая все землеподобные планеты, включая Землю)?
    Нет, говорит Сиарди, такая эволюция если и могла произойти,то на ранних периодах существования Солнечной системы, когда вокруг звезды находится много пылевого материала, оказывающего сопротивление орбитальному движению планет. Таким образом, значительно более вероятен другой сценарий: Юпитер когда-то находился на гораздо более удаленной орбите, а затем «перекочевал» на современную. Но этого сейчас никто, естественно, не знает.
    Еще один вопрос фундаментальной планетологии, в решение которого могут внести существенный вклад наблюдения Juno, - о влиянии Юпитера на формирование Земли. Или, в более общей постановке, - о влиянии планет-гигантов на формирование землеподобных, «каменных» планет.

Изображение слева демонстрирует цепочку циклонов (судя по их спиральной структуре), окружающих непосредственно северный полюс Юпитера. Вставка в центре мозаики показывает длинные узкие облачные полосы нитевидной формы (FFRs, синие цифры). На изображении справа выделены атмосферные струи, которые движутся в том же направлении, что и вращение планеты вокруг своей оси (N0-N4). Оранжевыми стрелками выделены темные пятна на атмосферной струе N2.
"ЮНОНА" (JUNO, NASA)

    «В научную программу Juno входит измерение концентрации водяного пара в атмосфере Юпитера, - объясняет Элиза Кинтана (Elisa V. Quintana), научный сотрудник Исследовательского центра имени Эймса. - Это позволяет определять также и количество кислорода на Юпитере, которое, как считается, должно коррелировать с исходным состоянием в эпоху его формирования».
    Если образование Юпитера началось с объединения больших кусков льда на его нынешней орбите, его потребовалось бы много, чтобы принести все тяжелые элементы, которые мы находим в составе планеты. Но если Юпитер образовался дальше, на окраинах Солнечной системы, а затем мигрировал внутрь, то он мог образоваться из гораздо более холодного льда, так что наблюдаемое количество тяжелых элементов могло поступить с меньшим количеством воды. Если же Юпитер образовался непосредственно из протопланетного облака, без предварительного формирования ледяных глыб, то он опять же должен содержать меньше воды.
    Таким образом, определение концентрации воды является ключевым шагом в понимании того, как и где Юпитер сформировался. В применении к Юпитеру вода - это синоним кислорода, который «видит» микроволновой радиометр. «Если Juno найдет большое количество кислорода, можно будет полагать, что планета формировалась дальше от Солнца», - говорит Кинтана.
    Следует заметить, что десантный зонд аппарата Galileo, выполнивший спуск в атмосферу Юпитера в декабре 1995 г., обнаружил сильные ветра и атмосферную турбулентность, но не обнаружил присутствия воды. Впрочем, по мнению ученых, это может объясняться случайным попаданием зонда в сухую область атмосферы. Обследование всей планеты с орбиты должно внести ясность в этот вопрос.
    Понимание того, где и когда сформировался Юпитер, также может расширить наши знания о периоде истории Солнечной системы, получившем название «фаза гигантских столкновений», когда и произошло формирование основных планет.
    «Это определенно было жестокое время, - говорит Кинтана. - На протяжении десятков миллионов лет происходили гигантские столкновения небесных тел. Так, наиболее популярная сегодня гипотеза образования Луны предполагает столкновение Земли с другим космическим телом, в результате которого в околоземное пространство было выброшено огромное количество планетного вещества, послужившего основой для последующего формирования Луны. Непропорционально большое ядро Меркурия сегодня также пытаются объяснять космической катастрофой, в результате которой прото-Меркурий лишился своей мантии».
    Исследования группы Кинтаны как раз включают в себя компьютерное моделирование формирования планет и звездных систем. Выявление структуры и состава Юпитера может значительно повысить достоверность таких моделей.
    В частности, долгое время считали, что Юпитер был необходим для того, чтобы Земля стала обитаемой, потому что он своей «сферой действия», по этой гипотезе, защищал Землю от постоянного притока внешних космических объектов. Однако модели, созданные группой, приводят к результату... точно противоположному! Оказалось, что именно присутствие Юпитера увеличивает интенсивность воздействия на Землю космических тел. Получается, что в гипотетической Солнечной системе, лишенной Юпитера, приток «строительного материала» на земную орбиту был бы не столь интенсивным, поэтому и сама Земля сформировалась бы за существенно больший период времени - за миллиарды лет, но не за сотни миллионов.
    Еще одной важной задачей Juno является гравитационный эксперимент. В ходе него будут измеряться с высокой точностью изменения частоты радиосигналов, передаваемых с КА на Землю, что позволит составить карту гравитационного поля планеты. Зная характер ядра Юпитера, можно будет установить, как быстро планета сформировалась и какие последствия ее появление имело для образования Земли.
    Более глубокое понимание строения Юпитера могут дать также магнитометры станции после тщательного измерения магнитного поля планеты. «Мы многого не понимаем в магнитном поле Юпитера, - признает Сиарди. - По нашим представлениям, его генерирует металлический водород, находящийся в глубинах планеты. Юпитер обладает невероятно сильным магнитным полем, гораздо более сильным, чем земное».

На подлете к Юпитеру 27 августа инфракрасный прибор JIRAM производил съемку планеты на протяжении девяти часов. Из 580 кадров был составлен фильм, показывающий один полный оборот планеты вокруг оси. На этом комбинированном кадре представлены результаты съемки в тепловом диапазоне 4.8 мкм (в центре, красным цветом) и на волне 3.45 мкм (в верхней части, голубым цветом). Последняя предназначена для регистрации полярных сияний, однако они получились не слишком выраженными, так как экспозиция выбиралась в интересах тепловой съемки.
"ЮНОНА" (JUNO, NASA)

    Измерение магнитного поля Юпитера поможет также проверить правдоподобность предложенных сценариев зарождения и развития внеземной жизни за пределами нашей Солнечной системы. Сегодня считается, что магнитное поле планеты необходимо для формирования жизни на ней, потому что оно действует как защитный щит, направляя потенциально опасные заряженные частицы и космические лучи в сторону от поверхности. Но если юпитероподобная планета обращается вокруг своей звезды в той зоне, где может существовать жидкая вода, то она сама, конечно, вряд ли будет обитаемой, но на ее спутниках потенциально может зародиться жизнь. При этом защищать ее от космических воздействий будет сильное магнитное поле «экзоюпитера».
    Результаты Juno будут важны не только для понимания того, как «экзоюпитеры» могут влиять на формирование «экзоземель» или других пригодных для жизни планет. Они также будут иметь большое значение для разработки следующего поколения космических телескопов, предназначенных для охоты за иными мирами. Так, ожидается, что малый аппарат TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), разрабатываемый Массачусеттским технологическим институтом по заказу NASA, начнет обследовать близлежащие звезды и искать экзопланеты уже в 2017 году. Космический телескоп имени Джеймса Вебба, который планируется вывести на орбиту в 2018 г., и обзорный инфракрасный телескоп WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope), запуск которого ожидается в середине 2020-х, будут пытаться получить уже прямые изображения планет-гигантов, вращающихся вокруг других звезд. И тогда открытия Juno, совершенные на нашем Юпитере, помогут ученым осмысливать данные, поступающие из далеких миров.
    «Изучение нашей Солнечной системы тесно связано с исследованием экзопланет, - заключает Сиарди. - А наблюдение экзопланет столь же тесно связано с исследованием нашей Солнечной системы. Так что можно считать, что два этих направления идут рядом».
Автор: И. СОБОЛЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"
 
Выход на орбиту Юпитера (Part #2)  
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru