Эти невероятные новые снимки Юпитера помогают перевернуть представления о планете с ног на голову.
Снимки сделаны с орбитального аппарата NASA «Юнона» в начале этого месяца. Ученые опубликовали новые захватывающие снимки и более сорока новых научных статей.
«Юнона» обнаружила на полюсах Юпитера чудовищные циклоны, которые оказались более бурными, чем предполагали ученые. Космический аппарат стоимостью 1,1 миллиарда долларов зафиксировал хаотичную погоду на верхних и нижних широтах Юпитера. Это удивило исследователей, которые считали, что гигантская газовая планета будет относительно спокойной и однородной.
«То, что мы находим, — это совсем не то, что мы ожидали. Все гораздо сложнее», — сказал главный научный сотрудник «Юноны» Скотт Болтон из Юго-Западного исследовательского института.
Обнаружение десятков огромных циклонов диаметром в сотни километров означает, что полюса Юпитера совсем не похожи на его экваториальную область, которую легко узнать по полосам и Большому красному пятну.
«Это тот Юпитер, которого мы все знаем и полюбили», — сказал Болтон. «А если смотреть с полюса, он выглядит совсем по-другому. Не думаю, что кто-то мог бы догадаться, что это Юпитер».
Ученые обработали изображения, чтобы показать впечатляющий уровень детализации, хотя они и не дают точного представления о том, что можно было бы увидеть невооруженным глазом с позиции «Юноны».
«Юнона» достигла Юпитера и вышла на свою первую орбиту 4 июля прошлого года. Она совершает оборот вокруг газового гиганта раз в 53 дня, всего запланировано 33 витка от полюса к полюсу, которые позволят постепенно охватить всю планету.
Каждый пролет занимает всего два часа и включает в себя пролет над северным полюсом, вокруг планеты, над южным полюсом и обратно в космос. В июле исследователи изучают Большое красное пятно.
Помимо полярных циклонов, «Юнона» обнаружила на Юпитере белые ледяные шапки — замерзшие частицы аммиака и воды. «Юнона» также зафиксировала огромное количество аммиака в нижних слоях атмосферы и местами удивительно сильное магнитное поле — примерно в 10 раз сильнее земного.
Результаты исследований «Юноны» «действительно заставят нас переосмыслить не только то, как устроен Юпитер», — сказал Болтон.
Кольца у Юпитера
Все видели впечатляющие снимки колец Сатурна. Менее известно, что у Юпитера тоже есть кольца, но они настолько тусклые, что обычно их практически невозможно разглядеть. Кольца Юпитера — лишь один из малоизвестных объектов, которые Хайди Беккер фотографировала в течение последнего десятилетия. Она является одним из ведущих исследователей в рамках миссии NASA «Юнона», которая прибыла на крупнейшую планету Солнечной системы в 2016 году и с тех пор детально ее изучает.
Многие из самых впечатляющих снимков Юпитера были сделаны основной камерой аппарата, JunoCam. Но Беккер работает не с ней. Она использует специальный детектор для съемки в условиях низкой освещенности, который никогда не предназначался для получения качественных изображений.
Тем не менее она обнаружила, что с его помощью можно снимать темные и затененные участки планеты и ее спутников и обнаруживать то, что не под силу другим приборам. Это выходит далеко за рамки перистых колец — темных сторон спутников планеты, загадочных кратеров и новых видов молний. New Scientist поговорил с Беккер о ее лучших снимках и о том, что мы узнали благодаря им.
Что такое звездный датчик и почему он так важен?
Идея в том, чтобы отслеживать положение звезд и таким образом определять свое местоположение в космосе. Если вы этого не знаете, то не знаете, где были собраны ваши данные. Это крайне важно для науки и навигации.
Самой большой проблемой для успешной миссии «Юноны» в то время было следующее: как установить звездный датчик на космический аппарат, который будет постоянно вращаться, и как он будет работать в условиях жесткого радиационного излучения вокруг Юпитера?
Сформировалась «тигровая команда» — небольшая группа экспертов, которые активно пытались решить эту проблему. Я присоединился к этой команде, и у нас было всего несколько месяцев, чтобы провести беспрецедентные радиационные испытания датчиков, которые должны были войти в состав нашего звездного трекера, до того, как проект «Юнона» будет одобрен.
Большинство миссий сталкиваются с солнечными протонными потоками и галактическими космическими лучами, но не с электронами, движущимися с релятивистскими скоростями, — а именно с такими частицами можно столкнуться вблизи Юпитера. Поэтому у нас не было информации о том, как поведет себя или как будет разрушаться датчик камеры. Мы нашли много необычных мест, чтобы смоделировать окружающую среду. В одной из них, онкологической больнице в Париже, нас впустили в полночь, чтобы мы использовали их медицинское оборудование для облучения нашего датчика.
Как этот прибор, использовавшийся для навигации, превратился в научную камеру?
Звездный датчик «Юноны» называется Stellar Reference Unit, или SRU. Его функция — делать снимки темного неба и находить известные звезды. Затем космический аппарат определяет, куда он направлен.
Однако «Юнона» летит туда, где еще никто не летал, и поэтому [главный исследователь проекта «Юнона»] Скотт Болтон спросил меня, есть ли какие-то данные, которые мы могли бы использовать для изучения радиационной обстановки.
Однажды я пожаловался коллеге на то, как мало информации мы можем получить от SRU. Он сказал: «Ну почему бы тебе просто не сделать снимок?» Итак, мы договорились, что будем делать около 20 снимков на орбите Юпитера и передавать их на Землю — чего мы не делаем с обычными снимками звезд, которые делает SRU.
Это будут просто изображения, заполненные сигнатурами окружающего излучения; они будут похожи на снежные помехи, которые можно увидеть на экране телевизора. Это позволяет нам оценить энергию и концентрацию высокоэнергетических проникающих частиц вокруг космического аппарата.
Так что на том этапе на эти фотографии особо не стоило смотреть…
До того как «Юнона» прилетела к Юпитеру, в команде много говорили о его системе колец. Было неясно, насколько хорошо ее смогут увидеть другие камеры. Основная камера, JunoCam, предназначена для съемки при ярком освещении, чтобы делать красивые снимки верхних слоев облаков в солнечном свете. Это натолкнуло меня на мысль, сможем ли мы сделать то же самое с помощью SRU. И это положило начало поиску различных возможностей для съемки при слабом освещении, ведь первое изображение колец получилось таким удачным.
Что мы знали о кольцах до того, как вы их сфотографировали?
Было известно, что у Сатурна есть система колец. Она состоит из разных частей, и считалось, что кольца подпитываются пылью, образующейся в результате столкновений метеороидов с четырьмя внутренними спутниками, которые вращаются на том же радиусе, что и кольца: Амальтеей, Фебой, Метидой и Адрастеей. Однако наблюдений за кольцами было очень мало, поскольку многие предыдущие миссии подлетали к Сатурну с экваториальной стороны или сбоку, что затрудняло наблюдение.
Предыдущие наблюдения также породили целый ряд загадок, связанных с кольцами. Космический аппарат «Новые горизонты» зафиксировал яркие сгустки вещества, следующие за Адрастеей, и неизвестно, являются ли они другими маленькими спутниками или же что-то ударило по Адрастее, и какое-то время за ней тянулись небольшие обломки. Другие наблюдения показывают, что кольца были ярче на определенных долготах, и непонятно почему.
Поскольку мы подлетаем так близко к Юпитеру, у нас есть возможность смотреть прямо на кольца и видеть распределение пыли. Когда тень Юпитера падает на часть изображения, видна четкая граница между пылью и темнотой. Поэтому, если вы пытаетесь уловить очень слабый сигнал от очень рассеянной и тусклой пыли, задача немного упрощается, потому что появляется контраст. Мы часто используем этот прием. Первое кольцевое изображение мы сделали в 2016 году, и с тех пор мы сделали столько снимков, сколько смогли.
Далекий мир, на который мы возлагаем большие надежды в поисках внеземной жизни
Десять лет назад мы обнаружили чрезвычайно интересную экзопланету, которая может быть лучшим кандидатом на роль места обитания инопланетной жизни. Теперь нам предстоит выяснить, так ли это.
Почему важно изучать кольца?
Они похожи на миниатюрные лаборатории по изучению формирования планет или даже формирования Солнечной системы. Вы начинаете с огромного газового шара, который аккрецируется и превращается в звезду или планету. Понимание того, как это происходит в кольцах вокруг таких планет, как Юпитер, дает нам основу для понимания того, как это происходит в более крупных масштабах.
Мы обнаруживаем, что кольца Юпитера являются частью очень взаимосвязанной системы. Она включает в себя внутренние спутники, внутренние радиационные пояса Юпитера, которые очень необычны и неоднородны, а также магнитные поля. Все это очень загадочно, и, возможно, есть и другие факторы влияния со стороны самого Юпитера.
Мы приближались к трем спутникам Юпитера — Ганимеду, Европе и Ио — с ночной стороны. Юпитер был нашей лампочкой, и его расположение было таким, что он освещал только определенный участок поверхности Ганимеда. Мы пролетали мимо очень быстро, со скоростью десятки километров в секунду, а это означало, что для каждого из этих спутников SRU мог сделать только один снимок.
Нам нужно было все сделать правильно. Но все получилось. SRU сделал снимок Ганимеда с самым высоким разрешением, и благодаря особому освещению удалось разглядеть невероятное количество ранее невиданных деталей. Это позволило нам значительно улучшить геологическую карту этого региона Ганимеда.
Одна из обнаруженных нами особенностей — интригующая полоса выброшенного материала. На Ганимеде есть очень большой кратер под названием Трос. Но на расстоянии многих километров от кратера мы увидели полосу выброшенного материала в форме луча. Похоже, что он мог прилететь из кратера Трос, но самое странное, что между ними находится очень старая, темная местность. Так что же, он прилетел оттуда? Или это комета? Или что?
На пыльной поверхности видны большие круглые кратеры с линиями следов.
Звучит как настоящая загадка. Если бы это был ударный кратер, разве он не должен был бы образовать что-то вроде круга?
Да, в виде звезды. Это очень странно. Мы обратили на это внимание команды JUICE [еще одной миссии, которая должна исследовать Юпитер], потому что, думаю, когда они прибудут на Ганимед и проведут это потрясающее исследование, будет интересно узнать, что это такое.
Новый тип молний…
В какой-то момент нашей миссии мы начали приближаться к Юпитеру с ночной стороны. Самый первый снимок, который мы сделали, был по-настоящему захватывающим. В тот момент миссии самое близкое сближение с Юпитером происходило в 2 или 3 часа ночи по калифорнийскому времени. Поэтому я инстинктивно просыпалась и смотрела на свой компьютер — как мать, которой нужно покормить ребенка посреди ночи.
И изображение появилось, и мы смогли рассмотреть вершины облаков на ночной стороне в высоком разрешении. Это было возможно благодаря тому, что они освещались лунным светом с Ио. На изображении были небольшие вспышки света — это были молнии в вершинах облаков.
Когда ты первый, кто видит какую-то часть природы — в данном случае до того, как проснутся другие, — это невероятно интимный и впечатляющий момент. Это одна из тех редких и ценных вещей, которые есть в моей работе. Кажется, я положила руки на экран и сказала: «О боже», потому что изображение было таким четким.
Что было нового в этой молнии?
Вспышки молний наблюдались во время всех миссий, которые выходили на орбиту Юпитера или пролетали мимо него на ночной стороне. Мы знаем, что чем ярче вспышки на вершинах облаков, тем глубже в атмосфере они возникают.
Начиная с миссии «Вояджер» [в 1979 году] мы наблюдаем молнии, возникающие на определенной глубине атмосферы, где условия позволяют воде существовать в жидком, твердом и газообразном состоянии — именно такие условия необходимы для большинства молний и грозовых облаков на Земле. Таким образом, ученые были довольны тем, что молнии на Юпитере очень похожи на земные.
Проанализировав увиденные молнии, я обнаружила, что они исходят из водяного облака, где слишком холодно для существования жидкой воды. Я помню, как один ученый, настоящий эксперт по молниям на Юпитере, сказал мне: «Это проблема». Но на самом деле это было открытие. Это была другая разновидность молний, которая не встречается на Земле.
Как раз в то время, когда было сделано это открытие, мы выяснили, что атмосфера Юпитера перемешана не так хорошо, как мы всегда думали. В ней есть участки с отсутствующим аммиаком.
Согласно одной из теорий, в определенной верхней части атмосферы происходят высокоэнергетические штормы, которые поднимают кристаллы водяного льда и взаимодействуют с аммиаком на определенной высоте, что может действовать как антифриз и приводить к образованию капель жидкого аммиачно-водного раствора.
Эти капли перемешиваются во время гроз, образуя ледяную корку, и в конечном итоге превращаются в градины. Эти градины могут расти и падать глубоко в атмосферу Юпитера, унося с собой аммиак и создавая недостающие слои аммиака, которые ученые ранее измерили. Поэтому, когда я увидела молнию именно в том месте, где, по прогнозам, это должно было произойти, это стало доказательством того, что высотные грозы действительно существуют.
Мы делаем много снимков полярного сияния на ночной стороне Юпитера. Нас интересует вертикальная структура полярного сияния и то, что происходит на разных глубинах в атмосфере. Было сделано много снимков полярного сияния в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, но некоторые химические процессы невозможно увидеть в этих диапазонах. Однако их можно увидеть с помощью камер видимого спектра, так что у нас есть уникальная возможность наблюдать за ними с близкого расстояния, и мы как раз в разгаре исследовательской кампании.
Это черно-белое изображение поверхности Европы было сделано камерой Stellar Reference Unit (SRU) на борту космического аппарата NASA «Юнона» во время пролета мимо спутника Юпитера 29 сентября 2022 года.
На снимке видна область, испещренная сетью мелких борозд и сложных двойных гребней (пар длинных параллельных линий, указывающих на возвышенности во льду). В правом верхнем углу видны темные пятна, которые, возможно, связаны с активностью криовулканического плюма (выходом жидкости из-подо льда). Чуть ниже центра и справа находится объект, который члены научной группы «Юноны» называют «утконос».
Когда мы проделывали трюк с «сиянием Юпитера» на Европе, мы обнаружили область, которую мы прозвали «утконос» [см. выше]. Она выглядит так, будто ледяная оболочка нарушена и там может быть жидкая вода очень близко к поверхности. Существует теория, согласно которой, если жидкая вода находится близко к поверхности, она может привести к разрушению ледяной оболочки над ней и образованию провала. Поскольку процесс замерзания продолжается, из воды могут подниматься большие ледяные глыбы. Судя по нашей фотографии, там происходит что-то подобное.
