Экспедиция на Юпитер — что мы узнаем?

Согласно распространенной шутке Юнона, жена Юпитера, летит узнать как он проводит время со своими любовницами и любовниками. На самом деле миссия Juno не касается взаимоотношений Юпитера и его спутников, это исследование всецело посвящено гиганту.

Главные научные задачи Juno — лучше узнать строение Юпитера. Это знание позволит лучше понять строение планеты, и 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. 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. Всего под несколькими сотнями километров гелий-водородной 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 ответить Juno.

Взгляд в Большое красное пятно, позволит увидеть не только богатый внутренний мир Юпитера, но и лучше понять процессы формирования планетных систем и более экзотических объектов Вселенной: коричневых карликов.

Juno оборудована приборами, которые будут, каждый по-своему извлекать знания из юпитерианских глубин.

Внешняя газовая оболочка — самая доступная для изучения, поэтому на нее нацелено больше всего приборов, но процессы, происходящие в юпитерианских облаках должны подсказать, что происходит глубже. Внешнюю атмосферу Юпитера будут изучать два спектрометра: инфракрасный и ультрафиолетовый. Для «массового зрителя» установлена отдельная камера, которая снимает в видимом диапазоне — ее задача радовать нас красивыми фоточками, пока она не умрет от радиации.

Инфракрасная камера позволит увидеть тепловые потоки в атмосфере на глубине до 70 км. Чтобы инфракрасные данные о Юпитере были полнее, его заранее стали наблюдать при помощи наземных телескопов, в том числеевропейского VLT.

В ультрафиолете будут 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 его образования таится в глубинах Юпитера и связана с потоками жидкого металлического водорода 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, из-за чего гигант кокетливо помахивает своими радиационными поясами.

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 оснащена двумя датчиками низкоэнергичных и высокоэнергичных частиц. Специальная антенна будет изучать радиоволны, которые создаются полярными сияниями.

Магнитное поле будет картографировано при помощи магнитометра, 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 оснащен звездными датчиками, которые смогут 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 Juno произведет при помощи микроволнового радиометра. Он позволит наблюдать тепловые потоки на глубине до 600 км.

Наконец, пожалуй, одно из самых важных исследований будет проведено путем регистрации отклонений гравитационного поля планеты. Результатом должно стать понимание строения Юпитера, распределения слоев, уточнение массы его ядра, и более точное понимание его состава. Как ни странно, для этих целей не предназначено отдельного прибора. Анализ будет производиться по радиосигналу: неоднородности гравитационного поля на ничтожные доли процента будут менять скорость космического аппарата и эти отклонения будут определяться на Земле по эффекту Допплера, который будет удлинять или укорачивать волну радиосигнала Juno.

Космический аппарат будет вращаться по вытянутой полярной эллиптической орбите, удаляясь на 3,5 млн км и сближаясь на 5 тыс. км. Благодаря этому мы сможем впервые увидеть полюса Юпитера, которые еще не удавалось снять ни одному зонду.

Каждый виток на орбите будет занимать 14 дней. Эта орбита предназначается для исследовательской работы, но Juno не сразу на нее выйдет. Работа у Юпитера начнется с 53,5-суточной орбиты, а этап научной работы начнется только в ноябре 2016 года. Меньше чем через полтора года, к февралю 2018 года, миссия Juno завершится и аппарат будет сведен в плотные слои атмосферы планеты-гиганта.

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

Если повезет, за время работы Juno на Юпитер упадет очередной крупный астероид, и это событие удастся 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 попытается оценить запасы воды.

Juno далеко не первый исследователь Юпитера, но большинство зондов пролетало мимо и изучало 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 посвятит себя исследованию Юпитера, проведет более тесные сближения и осмотр полярных областей.

Следить за полетом Juno можно на сайте whereisjuno.info, в приложении для настольных компьютеров NASA Eyes или в SolarWalk для iOS и Android.

zelenyikot