Юнона досліджує атмосферу Юпітера

Космічний апарат Juno (Юнона), що працює на орбіті Юпітера, нещодавно здійснив інфрачервоний огляд його північного полюса. Це стало черговим етапом у найбільш детальній програмі вивчення атмосфери найбільшої планети Сонячної системи. Крім того, за останній рік апарат здійснив неймовірні спостереження Юпітера у видимому спектрі.

Юнона спостерігає за Юпітером

“Юнона” або, як її ще називають, “Джуно” є автоматичною міжпланетною станцією NASA, призначеною для вивчення Юпітера. Вона вийшла на заплановану орбіту в 2016 році після п’яти років польоту та з того часу збагачує землян не тільки науковими даними, але й захопливими знімками планети-гіганта.

Особливістю апарата є його велетенські сонячні батареї, найбільші серед усіх, що коли-небудь використовувалися на автоматичних станціях. Вони призначені для того, аби навіть біля Юпітера, де апарат отримує усього 4% сонячного світла у порівнянні з орбітою Землі, забезпечити роботу численних приладів, що знаходяться на борту Юнони.

Хмари у небі Юпітера
Хмари у північній півкулі Юпітера. Обробка знімків Юнони цивільним дослідником Kevin M. Gill. Джерело: NASA/JPL

Для вивчення структури атмосфери на борту є мікрохвильовий радіометр, а для вивчення магнітного поля – магнітометр. Особливо цікавить вчених магнітосфера на полюсах Юпітера. Тож на борту встановили апарат для вивчення юпітеріанських полярних сяйв, детектор заряджених частинок, а також спектрометри, що працюють у видимому та ультрафіолетовому спектрах. Крім того, на борту є прилад для вимірювання та картографування гравітаційного поля Юпітера.

Світ водневих ураганів

Але найбільшу вагу для широкої публіки становить JunoCam – камера, що дозволяє з відстані кількох тисяч кілометрів отримувати знімки Юпітера з роздільною здатністю 3-15 кілометрів на піксель. За допомогою цієї камери та інших інструментів Юнона здійснила чимало цікавих спостережень атмосфери гіганта.

Тінь супутника Юпітера Амальтеї на його атмосфері. Джерело: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt

Атмосфера Юпітера – це неймовірний світ водню та гелію, які перебувають у різних станах та утворюють нестійкі, але неймовірні структури. Деякі з них можна порівняти за розмірами з Землею. Це справжній океан, у порівнянні з яким усі океани Землі здаються крихітними утвореннями. Це місце критично високого тиску, велетенських розмірів, швидкостей та складності структур.

Оброблене зображення атмосфери Юпітера
Перетворений (кольори та текстури) знімок шторму у північній півкулі Юпітера. Зображення було отримано під час 11-го зближення Юнони з Юпітером на висоті 12 195 км над поверхнею атмосфери. Джерело: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Matt Brealey/Gustavo B C

Ще до прольоту Юнони вчені припускали, що в атмосфері Юпітера дмуть вітри, швидкість яких сягає сотень кілометрів на годину. Але дослідження, здійснені апаратом на початку 2018 року показали, що ці потоки газу не тільки швидкісні, але й проникають у атмосферу Юпітера на велику глибину. Ці потоки можуть існувати значно довше, ніж будь-який потік повітря у атмосфері Землі.

Потоки у глибинах планети

Явища у атмосфері Юпітера є дуже стійкими і тісно пов’язані із тим, що відбувається навколо планети. Дослідження гравітаційного поля планети виявило асиметрію між північною та південною півкулями Юпітера. Ця асиметрія також добре узгоджується з асиметрією зон та поясів у атмосфері планети.

Вихороподібні утворення в атмосфері Юпітера
Вихороподібні утворення в помірному поясі північної півкулі Юпітера. Джерело: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

У газових гігантів така асиметрія може бути пов’язана тільки з потоками речовини, що йдуть із глибин планети. Як було встановлено за допомогою Юнони, на Юпітері існує асиметрія потоків, що спрямовані на схід та захід у північній та південній півкулі. Та чим глибші потоки, тим більшу масу вони переносять.

Йованська буря
На Юпітері немає нічого статичного. Це фото у підсилених кольорах було отримано бортовими інструментами Юнони під час її 9-го зближення з Юпітером 24 жовтня 2017 року. У північній півкулі саме вирував велетенський ураган. Джерело: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/ Seán Doran

Відповідно, чим глибшим є потік і чим більшу масу він переносить, тим більше асиметрія гравітаційного поля. Разом із тим ми тільки починаємо розуміти, як влаштована атмосфера Юпітера. Під смугастою поверхнею його хмар ідуть  глибинні процеси, які ми тільки починаємо досліджувати.

Велика Червона Пляма

А ось найбільш відоме атмосферне явище на Юпітері Юнона дослідила достатньо детально з відстані всього 5000 кілометрів. Мова йде про Велику Червону Пляму – велетенський циклон, що спостерігається у південній півкулі Юпітера вже 400 років. У порівнянні з діаметром самого шторму у 16 тисяч кілометрів така відстань є дійсно незначною.

Спостереження Юнони дозволили встановити, що глибина вирви цього вихору принаймні у 50-100 разів перевищує глибину океанів Землі. Він отримує енергію з більш глибоких та гарячих шарів атмосфери Юпітера.

Велика червона пляма
Велика Червона Пляма. Джерело: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart

Дослідження Великої Червоної Плями допомогли встановити механізми, які дозволяють цьому надпотужному шторму існувати так довго. А те, скільки такий шторм може ще проіснувати, залишається невизначеним.

З моменту свого відкриття у 17 столітті та до 80-х років 20 століття розмір Великої Червоної Плями майже не змінювався та складав близько 24 тисяч кілометрів. А за 35 останніх років він встиг зменшитися до 16 350 кілометрів.

Що означає така зміна – те, що шторм стихає, чи це просто коливання його інтенсивності – невідомо. Як вже було вказано раніше, основне джерело енергії для таких масштабних атмосферних явищ як ВЧП – потоки та енергії, що йдуть з глибини планети. Проте, наскільки швидко вони можуть змінюватися, нам досі достеменно невідомо.

Тут цікавим прикладом може слугувати ситуація з Oval BA. Цей вихор утворився у 2000 році після злиття трьох менших за розміром ураганів, які до того спостерігалися протягом 60 років. Спочатку він мав дуже світлий колір, однак почав швидко червонішати. З часом його розміри вже можна було порівнювати з ВЧП. З чим пов’язана зміна кольору – з рівнем опромінення Сонцем, швидкістю руху мас чи температурою – також досі невідомо.

Полярні вихори

Крім того, Юнона активно вивчає полярні області Юпітера. До її виходу на орбіту ми практично нічого не знали про погоду у цих зонах. Тепер станція здійснює спостереження полярних зон Юпітера кожні два місяці. Саме тут зароджуються потужні циклони. Циклон біля північного полюса має діаметр, як відстань від Неаполя, що у Італії, до Нью-Йорка. А біля південного полюса планети продовжує утримуватися навіть більший циклон.

Юнона встановила, що швидкість вітру у цих циклонах сягає 350 кілометрів на годину.

Інфрачервоне зображення південного полюсу Юпітера.
Інфрачервоне зображення південного полюсу Юпітера. Джерело: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Північний полярний циклон Юпітера оточений вісьмома меншими циклонами, хоча невеликими їх можна назвати тільки у масштабі велетенської планети, оскільки їхній діаметр коливається від 4 000 до 4 600 кілометрів. А ось південний циклон оточений усього п’ятьма штормами, але їхні діаметри становлять від 5 600 до 7 000 кілометрів.

Інфрачервоне дослідження зони навколо північного полюса Юпітера, опубліковане 11 квітня 2018 року демонструє картину полярних хмар Юпітера. Використовуючи великий об’єм зібраних даних, дослідники побудували інфрачервону карту північної півкулі планети. На цій карті видно не лише верхній шар хмар, але й те, що знаходиться на глибині від 50 до 70 кілометрів під цією поверхнею.

Дослідження Юнони – це лише початок справжнього вивчення Юпітера. Процеси, що відбуваються на глибинах у десятки та сотні кілометрів під його поверхнею, впливають не тільки на атмосферні явища. Водень, за певних умов, стає провідником, а електричні струми у ньому формують складне та динамічне магнітне поле Юпітера.

Юнона дозволила нам побачити, що велетень Сонячної системи значно цікавіший, ніж ми вважали раніше, і її місія триває.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Олександр Бурлака
  • 55 записів
  • 0 дописів
Олександр займається популяризацією науки, веде блоги та працює викладачем у Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Має ступінь кандидата технічних наук.