Крылатая Юнона ослепнет у Юпитера

Старые тайны

По современным космологическим представлениям из всех планет Солнечной системы Юпитер сформировался первым. 

Это могло выглядеть так

Протопланетный диск и Солнце должны иметь схожий состав, потому что образовались из вещества, находившегося в одном месте. Поэтому Юпитер должен был бы очень сильно походить на Солнце. Однако, спустившийся в атмосферу газового гиганта в 1995 году зонд «Галилео» обнаружил, что расчеты ученых оказались неверны. Гелия на Юпитере оказалось гораздо меньше, чем на Солнце, и меньше, чем должно было быть по расчетам. Водяного пара, углерода, неона, серы тоже оказалось меньше, чем ожидалось. Зато азота в форме аммиака обнаружилось больше расчетного. Следовательно, наши модели формирования Юпитера и модели образования Солнечной системы в чем-то ошибочны.

После образования планета совершила немаленькое путешествие, смещаясь по орбите и «поедая» массу, которая могла бы пойти на что-то более полезное для будущего человечества (вроде большого и тяжелого Марса с полноценной атмосферой).

Но поглощенная масса не могла сформировать ядро планеты — вещество падало в плотную атмосферу на космических скоростях и должно было испаряться от нагрева. Если у Юпитера есть ядро (а современная наука склоняется к этому), то в молодой Солнечной системе должен был образоваться очень крупный зародыш планеты из тяжелых элементов, что противоречит современным моделям с планетезималями километрового размера и зародышами планет с массой от лунной до земной.

Наконец, скорее всего, под влиянием Сатурна, обе планеты отошли во внешнюю Солнечную систему, и сейчас Юпитер обращается на расстоянии пяти астрономических единиц от Солнца. В результате таинственных процессов в молодой Солнечной системе Юпитер обладает максимально возможным физически диаметром (более тяжелая планета будет иметь меньший диаметр из-за большего сжатия вещества), массой в три сотни земных, своей мини-солнечной системой из множества спутников и даже небольшими кольцами. Юпитер можно назвать «планетой на стероидах» — из-за огромной массы внутри планеты действуют циклопического масштаба силы, и все явления, связанные с ней, страдают гигантизмом. У Юпитера колоссальных размеров и мощности магнитосфера (сильнее земной в 14 раз), порождающая гигантские полярные сияния.

В эти тайны газового гиганта и погрузится зонд «Юнона», который должен выйти на орбиту вокруг Юпитера вечером 4 июля по времени США (в России будет утро 5 июля). Задачи, которые будет решать «Юнона», легко запомнить по аббревиатуре ПСАМ — Происхождение, Строение, Атмосфера, Магнитосфера.

Научная карусель

ПСАМ Юпитера Юнона будет изучать разнообразным набором инструментов:

Микроволновый радиометр (MWR) заглянет на 550 километров под кромку облаков и сможет определить содержание водяного пара в атмосфере. Конструктивно он представляет из себя шесть антенн на боках аппарата:

Гравитационный эксперимент (Gravity Science Experiment) будет использовать антенны для связи с Землей для очень точного определения гравитационного поля. Сигнал с Земли будет немедленно ретранслироваться, и смещение его частоты из-за эффекта Доплера позволит определить небольшие изменения в скорости из-за неравномерности гравитационного поля Юпитера.

В эти тайны газового гиганта и погрузится зонд «Юнона», который должен выйти на орбиту вокруг Юпитера вечером 4 июля по времени США (в России будет утро 5 июля). Задачи, которые будет решать «Юнона», легко запомнить по аббревиатуре ПСАМ — Происхождение, Строение, Атмосфера, Магнитосфера.

Научная карусель

ПСАМ Юпитера Юнона будет изучать разнообразным набором инструментов:

Микроволновый радиометр (MWR) заглянет на 550 километров под кромку облаков и сможет определить содержание водяного пара в атмосфере. Конструктивно он представляет из себя шесть антенн на боках аппарата:

Направленная антенна будет использоваться в этом эксперименте

Гравитационный эксперимент (Gravity Science Experiment) будет использовать антенны для связи с Землей для очень точного определения гравитационного поля. Сигнал с Земли будет немедленно ретранслироваться, и смещение его частоты из-за эффекта Доплера позволит определить небольшие изменения в скорости из-за неравномерности гравитационного поля Юпитера.

Магнитометр (MAG), вынесенный в сторону на конце одной из солнечных панелей (это стандартное решение, везде магнитометры стараются убрать подальше от работающей электроники аппарата) позволит составить трехмерную карту магнитного поля Юпитера.

В эксперименте «распределение частиц в полярном сиянии» (JADE) три электронных датчика и один ионный будут ловить частицы полярного сияния.

Детектор частиц высоких энергий (JEDI) из трех одинаковых датчиков будет определять, как летающие в окрестностях частицы высоких энергий взаимодействуют с магнитосферой Юпитера. Большое количество таких частиц попадает в ловушку магнитного поля Юпитера и горит полярным сиянием на полюсах.

Инфракрасный картограф полярных сияний (JIRAM) позволит получить спектры полярных сияний и узнать состав атмосферы около них.

Ультрафиолетовый спектрограф (UVS) даст возможность дистанционно узнать состав верхней атмосферы в другом диапазоне, дополнив JIRAM.

Инструмент «Волны» (Waves) из двух антенн будет фиксировать радио- и плазменные волны в окрестностях Юпитера. Одна антенна конструктивно не сильно отличается от тех, которые когда-то стояли «рогами» на телевизорах, а вторая представляет собой обычную магнитную катушку.

Ну и, наконец, камера JunoCam не несет серьезной научной нагрузки, а добавлена ради целей популяризации и пиара. Работающая в видимом свете камера должна будет не меньше 7 орбит делать красивые фотографии, а потом выйдет из строя в том радиационном аду, куда будет нырять «Юнона» каждый виток.

Все инструменты установлены на бортах аппарата, и, в рабочем режиме «Юноны», будут то заглядывать в глубины Юпитера, то «отдыхать» и калиброваться, смотря в противоположную сторону.

Вальс Фоллаута

Вращение «Юноны» — это сознательное решение. Из многих способов ориентации и стабилизации космических аппаратов стабилизация вращением позволяет «бесплатно» сохранять нужное положение по одной оси, затратив топливо только на раскрутку аппарата и не требует работы электроники для поддержания установившейся ориентации. В условиях мощнейших магнитных полей и частиц высоких энергий полноценная трехосевая ориентация может дать сбой и перевести аппарат в защищенный режим с потерей научной программы на этом витке, а вращающийся волчок «Юноны» сохранит правильное положение при любом отказе любой электроники. На пути к Юпитеру «Юнона» вращалась со скоростью 1 об/мин, рабочий научный режим составляет 2 об/мин, а для маневров аппарат будет раскручиваться до 5 об/мин.

37 прыжков в ад

Торможение у Юпитера 4/5 июля будет началом миссии. Уменьшив свою скорость на 542 метра в секунду «Юнона» выйдет на предварительную орбиту периодом 53,5 дня. Если торможение не будет успешным, то зонд навсегда разминется с Юпитером. Поэтому на этом этапе на всякий случай выключат все научные приборы, чтобы не было случайных помех. После двух витков на предварительной орбите «Юнона» выйдет на научную орбиту периодом 14 дней.

На этой высокоэллиптической орбите «Юнона» будет периодически нырять в непосредственную близость к Юпитеру (на высоту 4-8 тысяч километров от уровня облаков) и снова отходить за орбиту Каллисто. Из-за вращения Юпитера орбита каждый раз будет проходить над разными меридианами, и аппарат сможет пролететь над всей поверхностью, что позволит создать трехмерные карты магнитосферы всего Юпитера.

Если все пойдет по плану, то на 37 витке «Юнона» выполнит последний маневр и 20 февраля 2018 года сгорит в атмосфере Юпитера.