Юпитер – не просто самая крупная и массивная планета, входящая в состав нашей Солнечной системы. Он рекордсмен во многих отношениях. Так, Юпитер обладает самым мощным среди планет магнитным полем, излучает в рентгеновском диапазоне, имеет чрезвычайно сложную по структуре атмосферу. Планетологи проявляют к этой планете огромный интерес, поскольку сложно переоценить роль Юпитера в истории Солнечной системы, а также в ее настоящем и будущем.
Космический аппарат «Юнона», который достиг гигантской планеты в 2016 году и в настоящее время выполняет программу исследований, находясь на орбите около Юпитера, призван помочь ученым в разрешении многих его загадок.
Старт миссии
Подготовка экспедиции этого автоматического зонда к Юпитеру проводилась НАСА в рамках программы «Новые рубежи» (New Frontiers), ориентированной на комплексное изучение нескольких объектов Солнечной системы, представляющих особый интерес. «Юнона» стала второй по счету миссией в рамках этого проекта. Она стартовала 5 августа 2011 года и, проведя в пути почти пять лет, 5 июля 2016 года успешно вышла на орбиту вокруг Юпитера.
Название станции, которая отправилась к планете, носящей имя верховного божества римской мифологии, выбрано не просто в честь супруги «царя богов»: оно имеет определенный подтекст. Согласно одному из мифов, лишь Юнона могла проникнуть взглядом сквозь пелену облаков, которыми Юпитер окутывал свои неблаговидные поступки. Присваивая имя Юноны космическому аппарату, разработчики тем самым обозначили одну из главных целей миссии.
Задачи зонда
У планетологов много вопросов к Юпитеру, и ответы на них зависят от выполнения научных задач, поставленных перед автоматической станцией. В зависимости от объекта исследования эти задачи можно объединить в три основных комплекса:
- Изучение юпитерианской атмосферы. Уточненный состав, строение, температурные характеристики, динамика потоков газа в глубоких слоях атмосферы, расположенных ниже видимых облаков, – все это крайне интересует ученых, авторов научной программы «Юноны». Космический аппарат, оправдывая данное ему имя, заглядывает своими приборами дальше, чем удавалось до сих пор.
- Исследование магнитного поля и магнитосферы гиганта. На глубине более 20 тыс. км, при колоссальных давлениях и температурах, огромные массы водорода пребывают в состоянии жидкого металла. Токи в нем генерируют мощное магнитное поле, и знание его особенностей важно для уточнения структуры планеты и истории ее формирования.
- Исследование деталей строения гравитационного поля также необходимо планетологам для построения более точной модели строения Юпитера. Оно позволит увереннее судить о массе и размерах наиболее глубоких слоев планеты, включая ее твердое внутреннее ядро.
Научное оборудование «Юноны»
Конструкция космического аппарата предусматривает несение целого ряда приборов, предназначенных для решения вышеуказанных задач. В их число входят:
- Магнитометрический комплекс MAG, составленный из двух магнитометров и звездного датчика.
- Космический сегмент аппаратуры для гравитационных измерений Gravity Science. Второй сегмент расположен на Земле, сами же измерения проводятся с использованием эффекта Допплера.
- Микроволновый радиометр MWR для изучения атмосферы на больших глубинах.
- Ультрафиолетовый спектрограф UVS для исследования структуры полярных сияний Юпитера.
- Инструмент JADE для фиксации распределения заряженных частиц малых энергий в полярных сияниях.
- Детектор распределения высокоэнергетических ионов и электронов JEDI.
- Детектор плазменных и радиоволн в магнитосфере планеты Waves.
- Камера инфракрасного диапазона JIRAM.
- Камера оптического диапазона JunoCam, размещенная на «Юноне» главным образом в демонстрационно-образовательных целях для широкой публики. Специальных задач научного характера эта камера не имеет.
Особенности конструкции и технические характеристики «Юноны»
Космический аппарат имел стартовую массу 3625 кг. Из них только около 1600 кг приходится на долю собственно станции, остальная масса – топливо и окислитель – расходуются в ходе миссии. Помимо маршевого двигателя, аппарат снабжен четырьмя модулями двигателей ориентации. Энергоснабжение зонда обеспечивается тремя 9-метровыми солнечными панелями. Диаметр аппарата без учета их длины – 3,5 метра.
Суммарная мощность солнечных батарей на орбите у Юпитера к концу работы миссии должна составить не менее 420 Вт. Кроме того, «Юнона» снабжена двумя литий-ионными аккумуляторами для питания в то время, когда станция находится в тени Юпитера.
Разработчики учитывали особые условия, в которых придется работать «Юноне». Характеристики космического аппарата приспособлены к условиям длительного пребывания в пределах мощных радиационных поясов гигантской планеты. Уязвимая электроника большинства инструментов размещается в специальном кубическом титановом отсеке, защищенном от радиации. Толщина его стенок составляет 1 см.
Необычные «пассажиры»
Станция несет на борту три алюминиевые фигурки человечков в стиле Lego, изображающих древнеримских богов Юпитера и Юнону, а также первооткрывателя спутников планеты – Галилео Галилея. Эти «пассажиры», как поясняют сотрудники миссии, отправились к Юпитеру с целью привлечь внимание подрастающего поколения к занятиям наукой и технологиями, заинтересовать детей исследованиями космоса.
Великий Галилео присутствует на борту и на портрете, помещенном на специальной табличке, которую предоставило Итальянское космическое агентство. На ней также нанесен фрагмент письма, написанного ученым в начале 1610 года, где он впервые упоминает о наблюдении спутников планеты.
Портреты Юпитера
Камера JunoCam, хотя и не несет научной нагрузки, смогла поистине прославить на весь мир космический аппарат «Юнона». Фото планеты-гиганта, сделанные с разрешением до 25 км на пиксель, потрясают. Никогда еще людям не доводилось видеть великолепную и грозную красоту облаков Юпитера в таких подробностях.
Широтные облачные пояса, ураганы и вихри могучей юпитерианской атмосферы, исполинский антициклон Большого Красного Пятна – все это запечатлела оптическая камера «Юноны». Снимки Юпитера с космического аппарата позволили увидеть и недоступные для телескопических наблюдений с Земли и околоземной орбиты полярные области планеты.
Некоторые научные результаты
Миссия достигла впечатляющих научных успехов. Вот лишь некоторые из них:
- Установлена асимметрия поля тяготения Юпитера, вызываемая особенностями распределения атмосферных потоков. Выяснилось, что глубина, на которую простираются эти полосы, видимые на диске Юпитера, достигает 3000 км.
- Открыта сложная структура атмосферы полярных районов, отличающаяся активными турбулентными процессами.
- Проведены измерения магнитного поля. Оно оказалось на порядок выше самых сильных земных магнитных полей естественного происхождения.
- Построена трехмерная карта юпитерианского магнитного поля.
- Получены подробные снимки полярных сияний.
- Получены новые данные о составе и динамике Большого Красного Пятна.
Это далеко не все достижения «Юноны», но ученые надеются получить с ее помощью еще больше информации, ведь миссия до сих пор продолжается.
Будущее «Юноны»
Первоначально планировалось, что миссия проработает до февраля 2018 года. Затем NASA приняла решение продлить сроки пребывания станции возле Юпитера до июля 2021 года. Все это время она будет по-прежнему собирать и отправлять на Землю новые данные, а также продолжит фотографирование Юпитера.
По завершении срока миссии станцию направят в атмосферу планеты, где она сгорит. Такой финал предусмотрен, чтобы избежать падения в будущем на какой-либо из крупных спутников и возможного загрязнения его поверхности земными микроорганизмами с «Юноны». У космического аппарата впереди еще много времени, и ученые рассчитывают на богатый научный «урожай», который принесет им «Юнона».
