Что зафиксировали космические аппараты в атмосфере Юпитера?
Юпитер — крупнейшая планета солнечной системы, и она таит немало интересных загадок. Газовый гигант исследован ещё очень слабо, при этом нельзя сказать, что астрономы и космические службы не стремились и не стремятся ничего сделать. Были произведены уже различные запуски аппаратов в сторону Юпитера, которые позволили узнать не так уж мало про него.
Исследовательский аппарат "Юнона" обнаружил нестандартные электрические разряды в атмосфере гигантской планеты. Эти молнии образуются в уникальных облаках, образованных водным раствором аммиака. Они классифицированы как "спрайты" и "эльфы" — близкие аналоги подобных разрядов на Земле.
Также "Юнона" зарегистрировала взрыв в юпитерианской атмосфере — это взорвался метеорит, массу которого эксперты оценили в 5 тонн.
Астрономы наблюдают за плазменным шоу в атмосфере Юпитера
Космический аппарат НАСА Juno, двигаясь по орбите Юпитера, постоянно наталкивается на огромные плазменные волны. Эти волны известны как неустойчивости Кельвина-Гельмгольца и возникают при взаимодействии плазмы солнечного ветра с магнитопаузой планеты — внешним слоем её магнитного поля. Разница в скоростях магнитопаузы и солнечного ветра создаёт мощную волну, или вихрь.
«Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца может наблюдаться на границе, отделяющей магнитное поле планеты (магнитосферу) от потока заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечного ветра); эта граница известна как магнитопауза», — говорится в исследовании, опубликованном недавно в журнале Geophysical Research Letters.
Ранее было известно, что эти явления происходят на Земле и других планетах, и предполагалось, что они происходят на Юпитере. Но их наличие на газовом гиганте не было подтверждено — до того, как «Юнона» их заметила. Зонд провёл так много времени у магнитопаузы на рассветной стороне Юпитера, что смог наблюдать их больше, чем любой другой космический аппарат или телескоп. Теперь группа исследователей из Юго-Западного исследовательского института и Техасского университета в Сан-Антонио проанализировала данные Юноны и детально изучила волны.
Плазма, кишащая заряженными частицами, постоянно рассеивается по Солнечной системе солнечным ветром и неизбежно вступает во взаимодействие с плазмой во внешних атмосферах планет. Юпитер окружён вращающимся диском плазмы, который достигает его внешней магнитосферы. В этом месте на границе магнитопаузы планеты и солнечного ветра возникает магнитное напряжение. Это напряжение приводит к тому, что плазма имеет региональные различия в скорости и направлении движения, что называется сдвигом скоростей.
Если сдвиг скоростей превышает магнитное напряжение, то граница магнитопаузы нарушается, и начинают формироваться волны. Это может происходить не только с плазмой из внешнего источника, например звезды, но и с плазмой из магнитопаузы, расположенной на уровне магнитосферы непосредственно под ней. Существует особый высокоскоростной сдвиговый поток между плазмой в магнитосфере Юпитера и его магнитооболочкой, которая находится прямо над магнитопаузой. Этот сдвиг и вызывает возмущения.
Волны, возникающие при таких возмущениях, начинают сворачиваться и в итоге превращаются в огромные вихри. Хотя волны KH наблюдались только на рассветной стороне Юпитера, возможно, что они образуются и на сумеречной стороне.
«Периодические колебания позволяют предположить, что космический аппарат движется через волновую структуру, которая, возможно, представляет собой свёрнутый вихрь», — говорится также в исследовании. «Космический аппарат во время движения по орбите входит и выходит из магнитосферы и плазмы магнитосферы, несколько раз пересекая границу».
С помощью сверхчувствительных приборов Юноне удалось обнаружить невидимые в других условиях плазменные волны. Эксперимент Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) состоит из электронного блока и четырёх датчиков: трёх для поиска электронов и одного для определения ионов — другого компонента плазмы. Датчики JADE способны регистрировать информацию об энергии и местоположении этих заряженных частиц при прохождении через плазму. Магнитометры, входящие в набор приборов для исследования магнитного поля (MAG) Юноны, измеряют силу магнитного поля Юпитера, что определяет, может ли оно быть преодолено плазмой солнечного ветра и, следовательно, вызвать волну.
Завихрения плазменных волн, наблюдаемые Юноной, как предполагается, проталкивают больше заряженных частиц через магнитопаузу, и данные Юноны показали, что в большинстве случаев, когда аппарат пересекал магнитопаузу на рассветной стороне Юпитера, условия были благоприятными для образования волн Кельвина-Гельмгольца. Однако это не означает, что волны действительно возникли. Аппарат «Юнона» обнаружил признаки волн только в 19 пересечениях, так что остаётся некоторая неопределённость в вопросе о том, как часто возникают волны при наличии соответствующих условий.
Фото: "Юнона" заглянула вглубь атмосферы Юпитера
Космический аппарат "Юнона", задача которого — исследование Юпитера, вышел на орбиту вокруг газового гиганта в июле прошлого года. Зонд фиксирует изменения в гравитационном поле планеты.
Эти измерения свидетельствуют о том, что в атмосфере Юпитера на глубине до 3 тысяч километров происходит движение значительных масс материи.
Юпитер предстал в новом свете благодаря "Юноне"
Это позволяет планетологам делать выводы о строении и динамике атмосферы огромной планеты.
Астрономы уже в течение столетий наблюдают струйные движения облаков в верхних слоях атмосферы. Но до сих пор ведутся споры о том, насколько глубока атмосфера.
"Новые данные дают ответ на старую загадку", — говорит член научной группы проекта "Юнона" Тристан Жилло из Обсерватории Лазурного берега во Франции.
"Мы в течение 40 лет не знали, простираются ли облачные системы до центра планеты, или же они располагаются только в верхних слоях атмосферы. Три тысячи километров — это очень большая глубина даже для планеты диаметром в 140 тысяч километров. Речь идет о 1% массы планеты. А это равно трем земным массам".
Автор фото, NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
Мы знаем теперь, что атмосфера Юпитера простирается на глубину до 3 тысяч километров
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Реклама подкастов
"Это очень важно для понимания атмосферной динамики не только на Юпитере, но и на других газовых гигантах — Сатурне, Уране и Нептуне, а также на экзопланетах, открываемых сейчас", — говорит французский планетолог.
В глубинах такой атмосферы, состоящей в основном из водорода и гелия, эти газы под воздействием огромного давления начинают переходить в экзотические жидкие формы. Этот материал ведет себя как твердое тело — он вращается с равномерной скоростью, подобно динамо, и именно он генерирует мощнейшее магнитное поле планеты.
Одна из основных задач аппарата "Юнона" — получить данные о том, имеет ли Юпитер твердое ядро. Первоначальные данные указывают на то, что такое ядро действительно есть, но оно не совсем такое, как ранее предполагали ученые.
Оно может быть довольно рыхлым и состоять не из горных пород, а из того же металлического водорода.
Продление срока работы "Юноны" на орбите должно принести большую ясность в этом вопросе. НАСА должно в ближайшее время принять решение о том, выделять ли средства на продолжение проекта.
Пока что предполагается, что в июле этого года аппарат будет направлен в атмосферу планеты, где сгорит, чтобы избежать его столкновения с одним из крупных спутников Юпитера.
Ученые хотели бы, чтобы зонд совершил не менее 34 оборотов вокруг Юпитера — один оборот занимает 53 дня. Это означает, что зонд, который был выведен на орбиту в июле 2016 года, останется на ней до 2021 года.
Зонд Juno запечатлел вспышку молнии в полярном вихре Юпитера, показав беспрецедентную внеземную погоду
В своей миссии по исследованию космоса NASA не перестает привлекать внимание общественности, регулярно публикуя впечатляющие и детальные снимки Солнечной системы. Недавно зонд Juno сделал поразительное изображение молнии во время грозы на Юпитере. На этом снимке, сделанном во время 31-го пролета «Юноны» вокруг Юпитера, видна вспышка молнии в вихре, закрученном вблизи северного полюса газового гиганта. Это наблюдение раскрывает новые аспекты его метеорологии и состава.
Юпитер, самая большая планета нашей Солнечной системы, уже давно является объектом интереса для научных исследований. Благодаря своим гигантским бурям и сложному составу он представляет собой богатое поле для изучения динамики планет-газовых гигантов.
Недавно благодаря зонду NASA Juno была открыта новая глава в этой истории. Находясь на орбите вокруг Юпитера с 2016 года, «Юнона» запечатлела изображение молнии во время юпитерианской грозы, предложив беспрецедентный взгляд на метеорологические явления планеты. Ее исследование, в частности зондом NASA Juno, продолжает раскрывать беспрецедентные аспекты ее метеорологии и состава.
Бурная погода
Погода на Юпитере, как известно, неспокойная. Его гигантское красное пятно, вихрь размером больше Земли, вращается уже несколько столетий. Бурные облака воды и аммиака движутся сквозь атмосферу, в которой преобладают водород и гелий. Молния, запечатленная «Юноной», вероятно, возникла в облаках, состоящих из раствора аммиака и воды, что отличается от земных облаков, состоящих из водяного пара.
На Земле молнии возникают в основном из водяных облаков и чаще всего вблизи экватора. Однако на Юпитере температура и давление в атмосфере Юпитера таковы, что аммиак может конденсироваться, образуя облака.
Вода также присутствует в атмосфере Юпитера, хотя и в гораздо меньших количествах, чем водород и гелий. Поэтому молнии на Юпитере, вероятно, являются результатом взаимодействия воды и аммиака в этих облаках и чаще всего наблюдаются вблизи полюсов. Это различие подчеркивает разнообразие метеорологических явлений в Солнечной системе.
Миссия Juno: углубленный взгляд на Юпитер
Запущенная в августе 2011 года миссия NASA Juno направлена на изучение Юпитера. Зонд призван пробить плотный облачный покров и выявить структуру планеты, ее атмосферу и магнитные поля. В поисках подсказок о фундаментальных процессах и условиях, определявших формирование нашей Солнечной системы, «Юнона» поможет понять происхождение и эволюцию Юпитера.
Вид космического аппарата NASA Juno над северным полюсом Юпитера.
Этот снимок был сделан «Юноной» во время 31-го близкого пролета Юпитера 30 декабря 2020 года, говорится в релизе NASA. В 2022 году гражданский ученый Кевин М. Гилл обработал изображение из необработанных данных, полученных прибором JunoCam на борту зонда. В момент получения необработанного изображения «Юнона» находилась на высоте около 32 000 километров над облаками Юпитера, на широте около 78 градусов по мере приближения к планете.
В ближайшие месяцы орбита «Юноны» снова приблизится к Юпитеру, когда зонд пройдет над ночной стороной планеты-гиганта. Это предоставит научным приборам «Юноны» дополнительные возможности для съемки молний. Кроме того, в декабре следующего года и в январе 2024 года планируется сближение с Ио, одним из спутников Юпитера.
Миссия JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) Европейского космического агентства (ЕКА) была запущена 14 апреля 2023 года с Европейского космодрома во Французской Гвиане. Она должна прибыть в систему Юпитера в 2029 году. Цель миссии — провести детальные наблюдения газового гиганта и трех его крупных океанических спутников — Ганимеда, Каллисто и Европы — с помощью ряда приборов дистанционного зондирования, геофизических приборов и приборов in situ.
Эти две миссии дополняют друг друга. В то время как Juno сосредоточится в первую очередь на самом Юпитере, JUICE сконцентрируется на его спутниках. Данные, собранные Juno об атмосфере и магнитном поле Юпитера, могут помочь интерпретировать данные, которые JUICE соберет о взаимодействии между планетой и ее спутниками. Кроме того, наблюдения «Юноны» за атмосферными явлениями, такими как молнии, могут помочь в подготовке и планировании наблюдений JUICE.
Также возможно, что эти две миссии смогут сотрудничать для проведения одновременных наблюдений Юпитера и его спутников, что позволит получить ценную информацию, которая не может быть получена одной миссией.