Что у бога под одеждой



    Почти два года на орбите у планеты-гиганта Юпитера работает автоматическая межпланетная станция NASA Juno. Несмотря на технические проблемы, станция собрала немало интересных данных, наснимала изобилие красочных фото и значительно приблизилась к целям своего исследования — узнать, что скрывается в облачных недрах самой большой планеты Солнечной системы.

    Juno (Юнона — жена Юпитера в римской мифологии, бэкроним Jupiter Near-polar Orbiter) прибыла к планете-гиганту в июне 2016 года. С тех пор она вращается вокруг планеты по сильно вытянутой эллиптической орбите, которая позволяет пролетать над полюсами планеты. Juno второй искусственный спутник Юпитера, первый — Galilleo летал в плоскости экватора и изучал естественные спутники.

    Благодаря новой орбите, позволяющей тесные сближения и осмотр издалека, Juno получает уникальную информацию. Комплект научных приборов предназначен для изучения газовых недр планеты. В его число входят ультрафиолетовый и инфракрасный спектрометры, радар микроволнового излучения, детекторы космических частиц и плазмы. Магнитометр предназначается для изучения мощного магнитного поля планеты, а цветная камера — для съемки верхнего слоя атмосферы. При помощи радиокомплекса для связи с Землей проводится изучение гравитационного поля планеты, которое влияет на скорость полета космического аппарата.

    Что видит инфракрасный спектрометр


    В отличие от большинства дальних космических станций, Juno оборудована солнечными батареями, которые раскинулись на огромную площадь 64 кв м. На расстоянии Юпитера поступление энергии от Солнца составляет примерно 4% от земного уровня, поэтому солнечные батареи Juno вырабатывают примерно столько энергии сколько выдаст обычная земная солнечная батарея для дачи площадью 3 кв м. Такое решение было вынужденным, т.к. у NASA закончился плутоний-238, который использовали для радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Последние запасы изотопа, в 90-е годы купленные в России, ездят по Марсу в составе марсохода Curiosity, и полетели ко внешним пределам Солнечной системы в зонде New Horizons. Сейчас NASA возобновило производство плутония-238, но временно перешло на солнечную энергию.



    Juno находится на вытянутой орбите вокруг Юпитера, ближайшая точка полета над облачным слоем планеты-гиганта проходит на высоте 4200 км, а дальняя — на расстоянии 8 млн км. Полный облет станция совершает за 53,5 земных дня. Предварительный план полета предполагал сокращение эллипса орбиты, до расстояния от 4200 км до 3 млн км. План пришлось менять, когда Juno столкнулась с техническими проблемами. Заело два клапана на гелиевых баках наддува топливных баков. Двигатель не смог выполнить маневр торможения и понижения орбиты, поэтому пришлось оставаться на переходной. Благодаря новой орбите возможно продление миссии аппарата, т.к. на ней меньше воздействие радиационных поясов планеты, и бортовая электроника с научными приборами прослужит дольше. Летом 2018 года ученые рассмотрят возможности продления научной деятельности Juno.

    С лета 2016 года до мая 2018-го Juno совершила двенадцать оборотов по своей орбите и смогла передать новые данные о распределении атмосферных слоев планеты, проникнуть под облачное покрывало полюсов Юпитера, открыть новый радиационный пояс и узнать о неожиданной связи недр гиганта с его магнитным полем. Все желающие имеют доступ к архиву снимков цветной камеры Juno, и энтузиасты самостоятельно занимаются их обработкой, создавая настоящие художественные полотна. Примеры таких работ можно найти на каналах авторов: Björn Jónsson, Seán Doran, Roman Tkachenko.



    Наиболее эффектные картины тайфунов в инфракрасном диапазоне получились у полюса Юпитера. Один центральный полярный тайфун планеты окружен восемью другими стабильными тайфунами, причем они плохо заметны при взгляде “невооруженным глазом”, и находятся на глубине.



    Юпитер не единственная планета Солнечной системе с постоянными атмосферными структурами на полюсе. Венера обладает парой тайфунов, которую тоже рассмотрели на облачной глубине в инфракрасном диапазоне. Полюс Сатурна украшает правильный шестиугольник, и хотя точно не установлены причины его возникновения, но экспериментально подтверждена возможность формирования шести тайфунов вокруг одного центрального.

    Принес Юпитер сюрпризы и у более изученного экватора. Оказалось, что светлая экваториальная полоса — это поток аммиака, который поднимается из более глубокого слоя.



    Ранее считалось, что верхняя атмосфера планеты-гиганта на глубину до 100 км однородна, теперь же ясно, что это не так.

    Происхождение коричневых и оранжевых оттенков в атмосфере пока неизвестно, по одной из гипотез — это углеводороды, которые меняют свой цвет под воздействием солнечного ультрафиолета. Другое возможное соединение — гидросульфид аммония, желтоватая соль на основе азота, серы и водорода. Белые облака — это кристаллы аммиака. Скорость движения встречных потоков ветра достигает 360 км/ч.



    Знаменитое Красное пятно Юпитера — это большой тайфун, который возникает на стыке встречных атмосферных потоков в южном полушарии. Тайфун поднимается на восемь километров выше окружающих облаков, и уходит в недра планеты. Красное пятно имеет около 16 тыс км в поперечнике, т.е. больше диаметра Земли, оно наблюдается почти 200 лет, и за это время сократило свои размеры вдвое, постепенно уменьшаясь и сегодня. По краю Красного пятна дуют ветры на скоростях до 430 км/ч, но внутри движение медленнее. Причины возникновения и длительной стабильности Большого красного пятна Юпитера не известны, возможно это как-то связано с неоднородностью магнитного поля планеты.



    Магнитное поле Юпитера сложнее в северном полушарии планеты, где между экватором и полюсом наблюдается обширная область высокой напряженности магнитного поля, которая падает к северному полюсу. Южнее экватора магнитное поле также имеет неоднородности, в том числе в районе Красного пятна. Как считается, магнитное поле возникает от токов протекающих во внешнем ядре Юпитера, состоящего из жидкого “металлического” водорода, который формируется в условиях высокого давления на глубине ниже 15 тыс км.

    Магнитное поле планеты-гиганта, взаимодействуя с солнечным ветром, а также плазмой и заряженными частицами, которые выбрасываются с естественных спутников, формирует мощные радиационные пояса. Радиационные пояса Земли пополняются в основном от Солнца, у Юпитера же главный источник ионизирующего излучения — выбросы газов с Ио и других больших спутников: Европы, Ганимеда, Каллисто. Ио располагается ближе всех к Юпитеру и является самым вулканически активным телом в Солнечной системе: постоянно там извергаются десятки вулканов, и Juno смогла увидеть их в инфракрасном диапазоне.



    Пролетая на близком расстоянии от облачной поверхности планеты, Juno смогла уточнить характеристики радиационных поясов, и даже обнаружить новый. Три луны Юпитера вращаются внутри радиационных поясов, которые представляют угрозу для электроники и будущих покорителей космоса. Электроны и тяжелые заряженные частицы: протоны, ионы различных газов, обладающие высокой энергией и скоростью вращаются вокруг планеты-гиганта на расстояниях до 1 млн км. Оказалось и на близком расстоянии от планеты в плоскости экватора имеется радиационный пояс наполненный ионами водорода, кислорода и серы, которые движутся на скоростях близких к скорости света. Ближе к полюсам ожидалась встреча с элементами радиационного пояса наполненного легкими и быстрыми электронами. Но и там Juno зарегистрировала наличие тяжелых заряженных частиц, которые создают большой шум в приборах.



    Хотя Юпитер — газовый гигант и не имеет твердой поверхности, но он далеко не весь наполнен облачными тайфунами. Так называемый “погодный слой” Юпитера, который демонстрирует эффекты атмосферной динамики, простирается вглубь примерно на 3 тыс км. Дальше высокое давление и температура превращает основной компонент атмосферы планеты-гиганта — водород — в электропроводящую жидкость. Благодаря электропроводности жидкий “океан” Юпитера попадает в зависимость от мощного магнитного поля планеты, и ветер “погодного слоя” уже не властен над ним. Глубже 3 тыс км планета ведет себя как твердое тело, что установлено при помощи анализа гравитационного поля. Предполагается, что у Сатурна облачный “погодный слой” должен быть еще толще, а у коричневых карликов, которые тоже родственны Юпитеру — наоборот тоньше.

    Исследование Юпитера продолжается. Пока не обработаны все накопленные Juno данные, и возможно продление миссии аппарата на год и более, поэтому впереди новые открытия, разгадки, и новые тайны из недр самой большой планеты Солнечной системы.
    Поделиться публикацией
    Комментарии 48
      +1
      А что это гигантская скрепка торчит из солнечной батареи Juno?
      Но Юпитер красив, бесспорно.
      PS. С возвращением!
        +3
        Эта штука на конце меряет напряжённость магнитного поля.
        Вот тут подписано.
          +3
          это магнитометр.
          0
          А что случается с каменными и металическими метеоритами которые туда падают? По-идее они образуют пусть и маленькое, но твердое ядро? Или наоборот в подобие магмы плавятся?
            0
            Скорее они испаряются в атмосфере, градиент плотности там существенно выше земной и у метеорита нет никакого шанса достичь твёрдого ядра.
              0
              Но ведь металлический метеорит не испарится бесследно. Впоследствии пары металла должны опускаться.
                0
                При тех давления и температурах это скорее будет расплав металла в металлическом водороде.
                  0
                  До металлического водорода ещё плыть и плыть. Думаю, пар металла рассеется в атмосфере, а затем со временем смешается и с океаном.
                  0
                  Допускается, что внутри Юпитера есть небольшое железно-силикатное ядро радиусом примерно как у Земли или Марса (примерно столько материала могли накидать метеориты). Температура там ~30000K поэтому назвать ядро твердым можно довольно условно.
                    0
                    Подозреваю, что при таком давлении и температуре оно по свойствам биже к твёрдому телу в обычном нашем понимании. По-обывательски можно было бы назвать «твёрдой плазмой» ;)
                      0

                      Плазма это же отрыв электронов от ядра, а куда они деваются?

                        0
                        Ну, кто там разберёт, что там за состояние при таких давлениях и температуре. Может электрончики ниже, если они плотнее. Интересно, допускает ли современная физика «электронные» звёзды? :)
                          0

                          Вот и я про то же. Юпитер не газовый гигант, а плазменный, получается. Почти звезда, только внешняя оболочка холодная.

                            0

                            Интересно, что будет если внутри Юпитера таки начнется термоядерная реакция. Чего ему не хватает? Что может "включить" такую реакцию в нынешних условиях? Что тогда случится с землей? Каковы отношения станут с Солнцем? Как спросить Итана?)

                              0
                              Массы ему не хватает. Еще десяток юпитеров нужен чтобы превратить его в коричневый карлик, и восемь десятков чтобы превратить его в звезду.
                                0
                                Достаточно одного монолита и все эти миры ваши, кроме Европы…
                                0
                                Чтобы зажечь цепную термоядерную реакцию, нужна температура порядка ста миллионов кельвинов. Такой нет даже в ядрах звёзд. «На помощь» приходят туннельный эффект и максвелловское распределение скоростей атомов: на температурах порядка 10-15 миллионов кельвинов реакция протекает с сильно пониженной скоростью, благодаря чему звёзды и горят миллиарды лет, а не взрываются как бомбы (поручик, ни слова о сверхновых!). Но при тех температурах, какие есть на газовых гигантах, реакция протекает настолько медленно, что выделяемой энергии не хватает даже на компенсацию теплопотерь планеты от теплового излучения, поэтому в первом приближении можно считать, что термоядерной реакции там нет. То есть, в принципе, время от времени акты слияния там происходят, и их частоту даже можно попробовать оценить, но это смешные объёмы, ниже первых наших термоядерных прототипов промышленных реакторов термоядерного синтеза. Чтобы реакция «заработала» (выделение пошло на достаточном для поддержания реакции уровне), Юпитеру надо прибавить в массе раз эдак в семьдесят.
                                  0
                                  Ядерная реакция это вероятностная штука. Она идет всегда и везде, только крайне маловероятно. Чтоб ее можно было наблюдать нужно в одном месте очень большая плотность и/или температура. Юпитеру плотности не хватает. Но он все равно излучает почти в три раза больше, чем получает.
                                0
                                может электрончики ниже

                                Нет Кулоновские силы воспрепятствуют
                                  0
                                  Т.е. кучу электронов не получится спрессовать до электронной звезды, так?
                                  А если взять крохотную ЧД и начать её кормит электронами — так, чтобы суммарная масса скормленных электронов стала больше массы первоначальной ЧД. Что будет? По представлениям современной физики, разумеется.
                                    0
                                    ЧД их начнет отрыгивать, когда обожрется.
                                    Когда работа по подтаскиванию очередного электрона превысит его (электрона) массу
                        0
                        ай-ай-ай, а у Стругацких космонавты просто зависли где-то посреди планеты и не могли выбраться из-за гравитации. А должны были сгореть.
                      0

                      "Оказалось и на близком расстоянии от планеты в плоскости экватора имеется радиационный пояс наполненный ионами водорода, кислорода и серы, которые движутся на скоростях близких к скорости света"
                      вот здесь не понял… это же какая огромная энергия у этих частиц, и благодаря чему они так разгоняются? "космический коллайдер"? ну, шутки шутками, но как? И что происходит при столкновении частиц? Не обязательно "лобовом"

                        +1
                        Да естественный коллайдер от взаимодействия плазмы от Ио, магнитного поля Юпитера и солнечного ветра.
                        +1
                        Сразу вспоминается «Алгебраист» Йена Бэнкса… Даже жаль, что это всего лишь фантастика
                          –4
                          жидкий водород? А почему он не взрывается, не сгорает? Потому, что нет кислорода?
                            +10
                            Водород взрывоопасен при смешении с кислородом в соотношении 1:2 (т.н. «гремучий газ»). Т.е. для сгорания водородного Юпитера понадобится добавить два кислородных Юпитера и поднести спичку.
                              +4
                              Если в молях, то надо 2 водорода на 1 кислорода, то есть половинку кислородного Юпитера. А если в граммах, то 1:8, потому что атомный вес водорода — 1, а кислорода — 16.
                                0

                                Концентрационные пределы воспламенения водорода в смеси с атмосферным воздухом составляют 5-95%, в чем может убедиться каждый, кто хоть раз его получал. Бумкает так, что стекла звенят. Это называется водородная проба, оно же ставит крест на водородной энергетике, и уж тем более в автотранспорте.

                                  0

                                  Всегда казалось, что на водородной энергетике и транспорте крест ставят низкая плотность и необходимость сложной и дорогой криогенной системы. А самолет на водороде летал. И даже без бумка — не взорвался

                                    0

                                    Так и дирижабль на водороде летал. И мощные генераторы на электростанциях охлаждают водородом. Все равно бумкает периодически, и это со строгим контролем. Впрочем, у ацетилена тоже примерно такие КПВ, а ведь его использовали весьма активно шахтеры, сварщики и даже спелеологи. Отказались.

                                      0
                                      >>… сварщики…
                                      Так а вроде для газовой сварки альтернативы ему нет (по температуре пламени). Или появилось что-то?
                                      0
                                      На Ту-155 столько специальных систем стояло, чтобы этого «бумка» не было, для целой отдельной статьи тема
                                    0
                                    На баш попали
                                    bash.im/quote/450733
                                  +1
                                  Мне все же интересна природа радиационных поясов. Я думал, что это как раз всякие тяжелые ядра, которые Юпитер эффективнее захватывает за счет своей мощной гравитации. А за счет чего ионизируются газы, отрывающиеся от поверхности Ио? И какова конфигурация этих поясов — они сферически симметричны или скорее лежат в плоскости эклиптики?
                                    +6
                                    Вулканические выбросы Ио ионизируются солнечным ультрафиолетом. Радиационные пояса, как и на Земле формируются магнитным полем, поэтому лежат в плоскости магнитного экватора.
                                    image
                                      +1
                                      Спасибо.
                                      Просто я пишу фантастический рассказ и хотелось как можно больше внимания уделить сеттингу.
                                        +7
                                        Если хотите высаживать людей на спутниках Юпитера где-то ближе Каллисто позаботьтесь о мощной радиационной защите.
                                          0

                                          А в кольцах и на внутренних спутниках ловить совсем нечего?

                                            +3
                                            Океан на Европе обещает хороший подледный лов, но интенсивность радиационного пояса требует бетонный саркофаг над лункой.
                                              0
                                              бетонное иглу?
                                          0
                                          Когда можно будет почитать?
                                      +3
                                      На расстоянии Юпитера поступление энергии от Солнца составляет примерно 4% от земного уровня

                                      И кстати, это не значит, что там темно. Даже на Плутоне освещенность примерно как в Петербурге в ноябре. Человеческий глаз это весьма мощный оптический прибор. Но растениям и солнечным панелями таки ой.

                                        0

                                        В Питере не был, но хороший повод ьам побывать

                                          0
                                          Как показали растения в подледных озерах Арктики и на океаническом дне они могут жить и при 1% освещенности.
                                          0
                                          Простите за оффтоп. Зашёл посмотреть самое ценное в статье — картинки, а они не грузятся. На работе livejournal.com перекрыт.
                                            0
                                            Поддерживаю. Аналогичная ситуация.
                                              0
                                              Спасибо за фидбек. Я пропустил тот момент когда хабр перестал подкружать фотки к себе
                                              на сервер автоматом.

                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                            Самое читаемое