Космическая миссия к Юпитеру расскажет нам историю происхождения Земли
Почти в 779 миллионах километрах от нас находится гигантское облако газа, настолько огромное, что весит оно больше, чем Сатурн, Уран и Нептун, вместе взятые. Его гравитационная сила настолько велика, что его даже обвиняют в искривлении орбит других планет и направлении их к Солнцу. Облако это настолько древнее, что вполне может содержать ключевые знания о природе Земли.
Речь идет о Юпитере — самой крупной планете Солнечной системы, о которой сложено немало легенд и которая не раз становилась объектом поклонения. И вот, спустя тысячелетия наблюдений за этим удивительным миром бесконечных ураганов и гигантского красного пятна издалека, у нас наконец-то появится возможность узнать, какие тайны на самом деле скрывает этот газовый гигант.
Когда космический аппарат «Юнона» аэрокосмического агентства NASA — 200-килограммовая коробка из армированного титана с 20-метровой солнечной панелью — прибудет на орбиту Юпитера 4 июля, у человечества впервые появится возможность заглянуть в недра верхних слоев атмосферы этого гигантского газового облака. В течение всего последующего года «Юнона» займется картографированием всей поверхности Юпитера и благодаря своими 9 научным инструментам выяснит внутренний состав планеты и узнает побольше о ее мощном магнитном моле.
«Никто никогда раньше не видел таким Юпитер, каким его увидим мы», — говорит руководитель космической миссии «Юнона» Скотт Болтон.
К тому времени, как аппарат совершит свой суицидальный нырок в атмосферу Юпитера, мы получим детально представление о том, как работает внутреннее строение планеты, а также лучше поймем историю формирования нашей Солнечной системы.
Некоторые наверняка спросят: зачем заниматься столь удаленным миром, если существуют не менее насущные проблемы и вопросы, требующие решения здесь, на Земле? Зачем исследовать такую планету, как Юпитер? Не следовало бы лучше заняться доставкой людей на Марс, начать добычу полезных ископаемых на астероидах или продолжить поиск обитаемых миров за пределами Солнечной системы? Без сомнений, все это очень важные вопросы. Но таким же важным вопросом является и изучение планет в нашей Солнечной системе, где жизнь никогда бы не смогла выжить.
«Юпитер представляет собой первый и, возможно, самый главный шаг на пути перехода между формированием звезды и формированием Солнечной системы», — говорит Болтон.
«Он настолько огромен, что, вероятнее всего, использовал чуть ли не половину остаточного материала после формирования Солнечной системы».
Увеличившись в размерах, Юпитер, используя свою мощную гравитацию, фактически начал формировать Солнечную систему вокруг себя, собирая блуждающие туда-сюда древние кометы, астероиды и, возможно, даже протопланеты. Многие теоретики предполагают, что столь чрезмерная активность Юпитера положила начало таким планетам, как Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Конечно же, за прошедшие 4,5 миллиарда лет детали несколько подрастерялись, поэтому, чтобы понять, как именно планеты нашей Солнечной системы сформировались такими, какими они сформировались, нам необходимо узнать, какие элементы были доступны в ранней Солнечной системе.
Юпитер, как Солнце, в основном состоит из водорода и гелия. И все же планета имеет и тяжелые элементы, критически важные для формирования планет земной группы. Используя микроволновое зондирование «Юнона» сможет определить в атмосфере планеты наличие двух ключевых элементов: азота в форме аммиака и кислорода в форме воды.
«Юпитер обладает тем, из чего мы состоим сами. И через проверку того, сколько же этого вещества имеется у Юпитера, мы сможем окунуться в историю элементов, которые сформировали нашу Землю».
Кроме того, «Юнона» прольет свет на природу ядра Юпитера, чья температура, по догадкам ученых, может быть выше температуры поверхности Солнца, а давление в десятки миллионов раз больше, чем давление в нашей атмосфере. Некоторые считают, что ядро планеты представляет собой гигантский твердый кусок раскаленного металла крупнее нашей планеты. Другие предполагают, что оно состоит из водорода и гелия, находящихся под большим давлением. Различие в этих мнениях не только позволяют строить различные модели эволюции нашей Солнечной системы, они также предлагают разные подходы в понимании природы невероятно мощного магнитного поля этого газового гиганта.
Все это, в свою очередь, подводит нас к еще одной не менее важной части миссии «Юноны»: изучению магнитосферы Юпитера.
Магнитное поле этого газового гиганта в 20 000 раз мощнее магнитного поля нашей Земли. Область влияния этого магнитного поля принято называть магнитосферой. Магнитосфера планеты имеет форму, похожую на головастика, расширяющуюся от 960 000 километров до 3 200 000 километров в сторону Солнца и почти до 1 миллиарда километров в сторону Сатурна. Внутри этой области потоки заряженных частиц притягиваются к Юпитеру, что вызывает сильнейшие геомагнитные шторма. На полюсах планеты постоянно висят северные сияния, покрывающие области размером больше Земли.
Пролетая над полюсами Юпитера и собирая данные о заряженных частицах и силе магнитного поля, «Юнона» сможет предоставить нам информацию о фундаментальных процессах, лежащих в основе космической погоды, включая то, как она формируется и насколько мощной может становиться.
«Юнона изменит наше представление об авроральной (изучающей северные сияния) науке», — комментирует Уилльям Данн, астрофизик, изучающий космическую погоду вокруг Юпитера в Университетском колледже Лондона.
«Космический аппарат предоставит нам беспрецедентный доступ к невероятно экстремальной полярной среде Юпитера. У нас никогда еще не было космического аппарата, который совершал бы те безумные космические маневры, которыми придется заняться «Юноне» при исследовании этого опасного и по большей части неизвестного места».
«Опасный» здесь ключевое слово. Чтобы проводить свое научное исследование, «Юноне» придется преодолевать наиболее интенсивное в Солнечной системе радиационное воздействие. На Земле мы подвергаемся воздействию фонового излучения мощностью около 0,3 рада. Во время же проходов на низкой высоте, в рамках которых «Юнона» опустится до высоты 5000 километров над поверхностью, космический аппарат будет подвергаться воздействию излучения мощностью около 20 миллионов рад.
«Юпитер в буквальном смысле будет многократно прожаривать наш космический аппарат», — говорит Рик Найбаккен, главный инженер проекта «Юнона» из Лаборатории реактивного движения NASA.
«Аппарат будет подвергаться всенаправленной бомбардировке заряженных частиц, которые будут двигаться со скоростью света. Это совсем не одно и то же, что пролететь через обычный ураган».
Для сохранения аппарата от прожарки до хрустящей корочки бортовой компьютер и все научные инструменты помещены и защищены в первом своем роде хранилище — тяжеленной титановой коробке, которая сокращает воздействие радиации примерно в 800 раз. Защитой солнечных панелей батарей, в свою очередь, выступает специальное стеклянное покрытие. Помимо этого, для повышения безопасности космического аппарата были рассчитаны особые орбиты, которые позволят минимизировать воздействие интенсивных радиационных поясов Юпитера.
Но даже несмотря на все эти приготовления, космический аппарат будет испытывать постоянное воздействие излучения, которое в конечном счете окончится повреждением «Юноны». Однако Найбаккен уверен, что аппарат сможет продержаться достаточно долго, чтобы провести все необходимые научные исследования и достигнуть всех поставленных ключевых целей.
«Мы собираемся на орбиту планеты, где никто никогда не был, поэтому да, существует некоторая доля неопределенности. Но некоторый опыт у нас все же имеется — «Галилео», — говорит Найбаккен, намекая на первый космический зонд NASA, отправленный на орбиту Юпитера в 1990-х.
Для самого Найбаккена и инженерной команды самым напряженным моментом станет утро 4 июля, когда основной двигатель космического аппарата, рассчитанный на 35-минутную работу, замедлит «Юнону» со скорости 241 000 километров в час и аппарат будет пойман гравитацией газового гиганта. Если что-то в этом маневре пойдет не по плану, «Юнона» не сможет выйти на орбиту Юпитера, и миссия на этом и завершится, даже не начавшись. Ведь здесь не получится прибегнуть ни к каким методам корректировки курса, так как только лишь передача сигнала с Земли на космический аппарат потребует 49 минут времени.
«Расслабиться, мне кажется, не получится до тех пор, пока основной двигатель не выполнил свою работу», — говорит Найбаккен.
«Это очень ответственный и значимый момент».
Если выход на орбиту пройдет удачно, то следующий важный шаг для «Юноны» для завершения выхода на «научную орбиту» произойдет в октябре этого года. Вскоре после этого последуют 33 двухнедельных облета планеты и сбор основной информации. Начало решения этой задачи запланировано на ноябрь. Спустя год с этого момента «Юнона» совершит суицидальный нырок в атмосферу Юпитера, и разорванные на атомы части космического аппарата присоединятся к аппарату «Галилео», которого постигла та же участь. Столь краткосрочная по времени миссия задумывалась таковой изначально. Ведь NASA любой ценой не хочет портить девственную природу и орбиту Европы (самого интересного с научной точки зрения спутника Юпитера), захламляя их космическим мусором. Кстати, напомним, что аэрокосмическое агентство всерьез собирается отправить отдельную астробиологическую миссию к Европе в поисках признаков внеземной жизни. Но до этого, как говорится, нужно сперва дожить. А пока — Юпитер и те тайны, что он хранит.