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. 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, 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 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, 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, 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, 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.