Юнона, дай мне силу!

Сегодня «Юнона» успешно завершила маневр перехода на орбиту вокруг Юпитера. Благодаря 35 минутам работы основного двигателя аппарат слегка притормозил, уменьшив свою скорость на полкилометра в секунду и оказался захвачен гравитационным притяжением газового гиганта. Все остальные изменения траектории «Юноны» проделала гравитация. Теперь аппарат стал искусственным спутником крупнейшей планеты в Солнечной системе и ученые готовятся к началу научной фазы миссии. Мы собрали пять главных вопросов, которые «Юнона» поставит перед Юпитером.

Как возник Юпитер?

Первый из вопросов, которые предстоит расследовать «Юноне» — происхождение Юпитера. Существует две гипотезы, описывающие возникновение планет из первичного протопланетного диска. В первой из них частицы медленно слипаются и образуют массивные глыбы. Если такая глыба стягивает на себя достаточно много газа, то в результате образуется газовый гигант. Вторая гипотеза предполагает, что газовые гиганты рождаются при коллапсе (резком сжатии) областей газо-пылевого облака. Этот процесс повторяет в миниатюре рождение звезды. 

В зависимости от сценария образования, Юпитер будет содержать разное количество воды и аммиака в своей атмосфере. Ученые смогут измерить эти величины с помощью микроволнового радиометра MWR. Провести такие измерения дистанционно невозможно из-за радиационных поясов Юпитера, вносящих шумы. Интересно отметить, что аналогичные радиометры используются для мониторинга земных океанов, например, в спутнике Sentinel-3A. Кроме того, на механизм образования укажет масса твердого ядра, которую ученые оценят из гравитационного эксперимента GSE.

Как устроены полосы Юпитера?

Взглянув на Юпитер даже в небольшой телескоп можно обратить внимание на несколько крупных разноцветных полос, пересекающих его диск. Более детальные снимки, сделанные «Хабблом» показывают, что это атмосферные завихрения, обладающие сложной структурой. До сих пор немногое известно об их свойствах — насколько глубоки эти полосы, какова их температура. Кроме того, неизвестен и их химический состав. Интересно, что у Юпитера очень большая скорость собственного вращения — сутки на планете длятся всего 10 часов. Движутся ли внутренние области газового гиганта с другой скоростью?

Исследовать состав юпитерианских облаков будет микроволновый радиометр совместно с приборами JIRAM и ультрафиолетовым спектрометром. Для того чтобы выяснить, как быстро перемещаются массы газа, физики поставят гравитационный эксперимент GSE. Попадая в области с разным гравитационным притяжением (из-за неоднородного распределения масс), аппарат будет испытывать ускорение. Оно будет приводить к доплеровским смещениям в сигналах, передаваемых «Юноной» на Землю, которое и отследят ученые.

Откуда на Юпитере такие мощные полярные сияния?

На полюсах Юпитера бушуют самые яркие полярные сияния в Солнечной системе. Их зафиксировал еще в 1979 году ультрафиолетовый спектрометр «Вояджера». Источником свечения, простирающегося вплоть до рентгеновского диапазона, является взаимодействия заряженных частиц с молекулами атмосферных газов, например, с водородом. Физики планируют выяснить, каков состав солнечного ветра, «атакующего» Юпитер. Однако не только ветер является причиной полярных сияний. Источниками заряженных частиц оказываются и спутники Юпитера: Ио и, в меньшей степени, Европа, Каллисто и Ганимед.

Для изучения полярных сияний на «Юноне» установлено сразу несколько специализированных приборов. Например JADE, который детектирует окружающие аппарат электроны, а также ионы водорода, гелия, кислорода и серы. Все эти частицы причастны к возникновению сияний. По словам ученых, источником ионов являются, в частности, вулканы Ио. Другой прибор, JEDI, будет определять спектр энергий этих частиц. 

С помощью JIRAM физики будут изучать авроры в инфракрасном диапазоне. Инженеры отмечают, что длины волн, на которых работает инструмент, поглощаются водородом атмосферы. Так как сияния происходят над основной массой облаков, их снимки в этом диапазоне будут более контрастными. Также съемка сияний будет идти и в ультрафиолетовом диапазоне. Поддержку «Юноне» окажет «Хаббл», подключаясь к наблюдениям несколько раз в месяц.

Откуда у Юпитера магнитное поле?

Магнитосфера Юпитера — крупнейшая из магнитосфер планет Солнечной системы. Она простирается на несколько миллионов километров в направлении к Солнцу и почти до орбиты Сатурна в противоположную сторону. Считается, что источником магнитных полей является планетарный динамо-эффект. Он заключается в том, что вращение и конвекционные процессы в горячих проводящих средах вызывают самоподдерживающееся поле. В случае поля Земли роль среды играет расплавленное внешнее ядро, состоящее из тяжелых элементов, например, железа. Физики предполагают, что роль динамо в Юпитере выполняет бурлящий океан жидкого металлического водорода.

Предполагается, что водород в этом фазовом состоянии может существовать в областях огромных давлений и температуры, возникающих на глубине трети радиуса планеты. Хотя обычный и сжиженный водород — изоляторы, металлический водород проводит электрический ток. Такое состояние долгое время пытались получить на Земле. Недавно косвенные следы этого вещества нашли физики из Гарвардского Университета.

Для построения трехмерных моделей магнитного поля ученые будут использовать магнитометр MAG. Он позволит увидеть крупномасштабные изменения поля и, в теории, определить глубину на которой начинается магнитное динамо. Кстати, перед выходом на орбиту «Юнона» «услышала» вход в магнитосферу планеты. 

Как устроены горячие пятна Юпитера?

Одна из необычных особенностей атмосферы Юпитера — горячие пятна. Это области, свободные от облаков, которые видны в инфракрасном диапазоне как белые пятна. Их происхождение связано с крупномасштабными волнами Россби в атмосфере. В 1995 году зонд «Галилео» прошел сквозь одно из таких пятен. Ученые сравнивают их с окнами в недра Юпитера, сквозь которые можно увидеть нижние ярусы облаков, содержащих, в частности, воду. С помощью горячих пятен инструмент JIRAM должен выяснить, каким образом движутся водные облака в глубоких слоях юпитерианской атмосферы. 

А как же фотографии?

Специально для любителей космических фотографий на борту «Юноны», установлена камера JunoCam. Она не относится к числу научных инструментов, к тому же ее ресурс ограничен — она выдержит лишь восемь 14-дневных оборотов вокруг Юпитера. Ожидать от нее снимков Европы и Ганимеда, к сожалению, нельзя — аппарат пролетит слишком далеко от них. Зато всем желающим предложат участвовать в выборе объектов для съемки в атмосфере газового гиганта.

Владимир Королёв