Удивительный Юпитер глазами «Юноны»: первые научные результаты

Похоже, наша Солнечная система — очень интересное место. Регулярно ученые предполагают, что поверхность или строение небесного тела будут однородными и скучными. Но в реальности на месте унылого пейзажа оказывается сложный рельеф или структура, живущая по своим пока неизвестным законам. Так ошиблись с Титаном и Плутоном. И первые научные данные с зонда Juno показывают, что эту же ошибку ученые совершили с Юпитером — он оказался гораздо сложней и интересней, чем они думали.

По словам ученых команды Juno их работа похожа на этот коллаж. Автор: Kisala-78

Очень общая информация

Зонд Juno («Юнона», жена Юпитера в мифологии) работает на полярной высокоэллиптической орбите с начала июля 2016 года. «Полярная» означает, что аппарат пролетает недалеко от полюсов, а «высокоэллиптическая» — что из 53 суток одного оборота пролет вблизи Юпитера занимает всего примерно два часа. Планировалось, что зонд перейдет на 14-дневную орбиту, но из-за аварии двигательной системы его оставили на промежуточной 53-дневной. Научные приборы «Юноны» позволяют в разных диапазонах заглянуть под слой облаков, а камера видимого диапазона является второстепенным инструментом. Более подробно про зонд, полет и оборудование можно почитать тут ^[1]. До «Юноны» на орбите Юпитера был только один зонд — «Галилео», который проработал там с 1995 по 2003 год и был планово направлен в атмосферу Юпитера, чтобы избежать занесения земных микроорганизмов на его спутники, и, в процессе спуска, передать научные данные о верхних слоях атмосферы.

Аммиачная поэзия

Источник: NASA

Это — распределение аммиака под облачным слоем по данным микроволнового радиометра MWR. Красное — больше аммиака, синее — меньше. Под слоем облаков, которые мы видим как «поверхность» Юпитера, нет солнечного света. Ожидалось, что в таких условиях аммиак достигнет равномерного уровня на гораздо меньшей глубине, чем оказалось. А его распределение показывает, что Юпитер менее равномерно перемешан, чем предполагали. Это объясняет неожиданные данные, которые передал «Галилео» во время своего финального спуска. В 2003 году ученые предположили, что «Галилео» попал в случайный более теплый участок, но сейчас выяснилось, что спуск зондов в разных местах атмосферы будет уникальным из-за сложности ее структуры.

Экваториальный пояс аммиака, который виден как красная полоса по центру, тоже пока не имеет объяснения. Может быть, он похож на земную ячейку Хэдли ^[2], где около экватора влажный воздух поднимается вверх, участвуя в циркуляции земной атмосферы. А может быть и нет — твердая поверхность Земли, ограничивающая циркуляцию, находится гораздо ближе к верхней границе атмосферы, чем что-то аналогичное у Юпитера. Может быть, эта экваториальная аммиачная полоса простирается на огромную глубину, это смогут узнать только последующие аппараты, которые заглянут еще глубже.

Пушистое ядро

Строение Юпитера, источник: NASA

В абзаце выше я намеренно написал «что-то аналогичное» вместо «поверхности» или «ядра» Юпитера. Дело в том, что одной из задач Juno является попытка определить, есть ли у Юпитера ядро. Ученые ожидали, что по гравитационным измерениям эксперимента GSE будет обнаружено либо небольшое ледяное или каменное ядро (учитывая давление в центре Юпитера более 40 миллионов атмосфер, это не привычные нам лед или камень, а что-то само по себе очень специфическое), либо их отсутствие. Полученные данные говорят о третьем, неожиданном варианте — огромном нечетком ядре. Нечто, находящееся в центре Юпитера, гораздо больше, чем ожидалось, возможно, является частично жидким и, кроме того, может даже быть связанным с процессами в атмосфере. В земных условиях, возможно, бледным подобием такого явления являются дожди с камнями или животными, которые были подняты вверх смерчем.

Экспрессивное магнитное поле

Источник: NASA

Магнитное поле тоже преподнесло сюрпризы. Прежде всего, оно оказалось более «экспрессивным» — там, где оно должно было быть сильным, оно оказалось еще сильнее, а там, где должно было быть слабым — слабее. Далее, оно тоже оказалось неравномерным. На рисунке выше черная линия — трек «Юноны». Пять выделяющихся пятен — это места, где магнитное поле должно было отличаться от фонового (красное — сильнее, синее — слабее), чтобы получились значения, собранные на черном треке. Неравномерность магнитного поля может говорить о том, что планетарное динамо ^[3] расположено выше зоны металлического водорода, в зоне молекулярного водорода.

Полярные сияния на южном полюсе в ультрафиолетовом диапазоне, фото NASA

Благодаря полярной орбите, «Юнона» может смотреть на планету сверху и снизу, что позволяет впервые полностью увидеть сложнейшие системы полярных сияний. На анимации выше самый внешний штрих с длинным хвостом порожден спутником Ио. Обратите внимание на цветные зоны — белые, зеленые и красные. Похоже, что красные зоны — это зоны выброса электронов, что очень необычно, потому что полярное сияние — это, наоборот, зоны входа заряженных частиц в атмосферу.

Каждое лыко в строку

Даже служебные приборы вроде звездного датчика, который используется для определения положения аппарата в пространстве, сумели поставить на службу науке. Большие солнечные панели, которых не было на предыдущих аппаратах (там использовались радиоизотопные генераторы), удалось превратить в пылевые детекторы — удары микрометеоритов фиксировались инерциальными системами, а выбитые при этом частички удалось заснять звездным датчиком.

Источник: NASA

А вот это фото — первая в истории фотография колец Юпитера изнутри. «Юнона» была на расстоянии чуть меньше 5000 км и сделала эту фотографию при помощи звездного датчика. Даже фон получился примечательным, в кадр попала верхняя часть созвездия Ориона, а яркая звезда — это Бетельгейзе.

Соединение искусства и науки

Некоторые полученные результаты можно отнести к категории и науки и искусства одновременно. Спускаясь в ионосферу Юпитера, «Юнона» фиксировала плазменные волны антеннами инструмента Waves. Полученные данные замедлили в 60 раз и получили звучание газового гиганта. Чистые высокие звуки скорее всего связаны с взаимодействием самой «Юноны» с ионосферой, но этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Ну и, конечно, невозможно не восхищаться видами, которые мы можем наблюдать благодаря оптической камере JunoCam. Вот, например, склеенное из нескольких фотографий изображение южного полюса Юпитера. В реальности полюса освещены только наполовину из-за небольшого наклона оси вращения планеты, но, благодаря обработке изображений энтузиастами, мы можем увидеть полюс во всей красе.

Полноразмерное изображение ^[4], Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles

А здесь наглядно видны магнитный полюс планеты и ось вращения. Как и у Земли, они находятся недалеко друг от друга.

Полноразмерное изображение ^[5], автор коллажа _CLEAR_, изображение NASA

А на этой фотографии мы видим волны облаков в районе 38 широты. Яркие мелкие облака — это линии шквалов, образуемые холодным атмосферным фронтом. Их ширина составляет примерно 25 км. На Земле линии шквалов перед холодным фронтом создают сильные нисходящие потоки и сдвиг ветра очень опасные для летательных аппаратов. Белый цвет облаков говорит, что они состоят из водяного и/или аммиачного льда.

Фото в полном размере ^[6], источник: NASA

Заключение

11 июля, на следующем витке, «Юнону» ждет одно из интереснейших приключений — она пройдет над Большим красным пятном, гигантским антициклоном, который вращается в атмосфере Юпитера уже как минимум три сотни лет. Без сомнения, нас ждет еще больше интересной науки и красивейших фотографий.

Автор: lozga

Источник ^[7]