Юпитер. Краткая хроника прикосновений
Пока «Юнона» готовится к рандеву с Юпитером, стоит оглянуться назад, дабы высветить исторический контекст миссии – не сидеть же целый день, затаив дыхание... В принципе, в непосредственной близости от Юпитера на сегодня побывало аж целых 8 космических аппаратов (не считая «Юноны», которая стала девятой), но лишь 5 из них были запущены с целью исследования самого Юпитера, а три оставшиеся использовали этот гигантский газовый шар в качестве гравитационной катапульты для достижения более удалённых целей. Все 8 станций сработаны американцами, все 8 проектов (сплёвываю через левое, благо за спиной никто не сидит...) были успешными – я никогда не упускаю случая пропеть осанну НАСА, которого нет успешнее в списке космических агентств. Первая разведочная миссия к Юпитеру, «Пионер-10», была запущена в марте 1972 года. Примерно через год, в феврале 1973-го «Пионер-10» впервые в истории пересёк пояс астероидов, а 4 декабря 1973 года (историческая дата!) пролетел на расстоянии 132 тыс. км от облаков Юпитера. Если 132 тыс. км кажутся вам большим расстоянием, то стоит вспомнить, что диаметр Юпитера - 142 тыс. км. «Пионер» добыл вполне пионерские данные о первой исследованной с близкого расстояния планете-гиганте: были получены данные о составе атмосферы, уточнена масса, измерено магнитное поле, а также установлено, что общий тепловой поток от Юпитера в 2,5 раза превышает энергию, получаемую планетой от Солнца. «Пионер-10» также позволил уточнить плотность четырёх крупнейших спутников Юпитера.
Снимки Юпитера, переданные «Пионером-10» сегодня вызвали бы лишь недоуменную досаду, но нужно иметь в виду, что в те времена наземные телескопы сильно уступали сегодняшним, а «Хаббл» не существовал даже в вида эскиза. В те годы (и вплоть до конца 80х годов) НАСА почти всегда запускала межпланетные зонды парами, поскольку надёжность тогдашних аппаратов была невысока, общая стоимость проекта колоссальна, а две практически идентичные станции стоят не намного больше, чем одна. Поэтому ровно через год, в декабре 1974, мимо Юпитера пролетел «близнец» первого аппарата - «Пионер-11». На этот раз станция просвистела всего в 40 тыс. км над верхушками юпитерианских облаков, и, соответственно, на её снимках можно было разглядеть и больше деталей.
Завершив первую рекогносцировку, американцы затеяли более амбициозный проект, который получил название «Вояджер», и целью которого стал последовательный облёт всех четырёх планет-гигантов силами двух межпланетных станций, благо редкое расположение планет (т.н. «Парад планет») давало уникальный шанс это сделать. Обе станции были запущены в сторону Юпитера в 1977 году и одна за другой пролетели мимо Юпитера соответственно в марте и в июле 1979. Аппаратура «Вояджеров» была на порядке совершеннее, чем «Пионеров», камеры – зорче в разы, и поэтому именно «Вояджеры» показали нам Юпитер таким, каким мы его знаем и любим и сегодня: со всеми этими величественными фестонами и ураганами всех оттенков красного, оранжевого и кремового цветов:
Затем, в исследованиях Юпитера наступил длительный перерыв – за 16 лет между 1979 и 1995 его окрестности посетил лишь один зонд, предназначенный для совсем других целей: «Улисс». «Улисс» - по своему уникальный проект – был создан для исследования полярных областей Солнца, т.е. он должен был пролетать на его полюсами, т.е. – должен был быть запущен на орбиту, плоскость которой пересекает плоскость эклиптики (плоскость, в которой лежат орбиты всех планет, включая и Землю) по углом, близким к 90°. Запустить зонд на такую траекторию непосредственно с Земли технически невозможно, поэтому было решено воспользоваться гравитационным полем Юпитера. «Улисс» был запущен к Юпитеру по обычной траектории, а в момент сближения в феврале 1992, Юпитер «выбросил» зонд почти перпендикулярно к плоскости эклиптики:
Но вся эта история, честно говоря, не имеет прямого отношения к исследованиям Юпитера: «Улисс» их не проводил. Он даже не был оснащён видеокамерой. «Улисс» был слеп, как Полифем после злополучной встречи с одноименным героем Гомера. Центральным проектом, давшим нам практически всю массу знаний о системе Юпитера, которой мы на сегодняшний день обладаем, стал «Галилей» - первый и пока единственный искусственный спутник Юпитера, доставивший, к тому же, в его атмосферу уникальный посадочный зонд. «Галилей» был запущен в 1989 году с борта Спейс-Шаттла «Атлантис» после длительной отсрочки, вызванной катастрофой «Челленджера» и проработал на орбите вокруг Юпитера с 1995 по 2003 год. «Галилей» во время подготовки к запуску и запуск с борта «Атлантиса»:
Большое Красное Пятно Юпитера «глазами» станции «Галилей»:
Атмосферный зонд «Галилея» вошёл в атмосферу Юпитера на умопомрачительной скорости в 60км в секунду, т.е. в 5-6 раз быстрее, чем тем те космические аппараты, которые садились на Венеру или возвращались на Землю с Луны… Ничего подобного посадочному зонду станции «Галилей» не создавалось ни до, ни после. Поскольку у Юпитера нет твёрдой поверхности, «сесть» на него в конвенциональном смысле невозможно. Станция осуществляла парашютный спуск до глубины в 140км, где была раздавлена давлением, достигшим 24 бар («глубина» отсчитывалась от уровня давления в одну земную атмосферу). На всём протяжение спуска зонд передавал данные на орбайтер, а тот уже ретранслировал их на Землю.
С окончанием миссии «Галилей», НАСА сфокусировалось на Сатурне, и Юпитер вновь оказался заброшен вплоть до прибытия в этом году нашей именинницы «Юноны», но мимо него пролетели, всё-таки, ещё две станции: «Кассини» по пути к Сатурну и «Новые Горизонты» по пути к Плутону. «Кассини» пролетела мимо Юпитера в конце 2000-го года, когда там ещё функционировал «Галилей», что позволило наблюдать планету с разных сторон одновременно. «Кассини» была оснащена более модерновой фотокамерой, чем «Галилей», поэтому и снимки Юпитера вышли потрясающе красивыми:
Последней станцией, навестившей Юпитер, стала «Новые Горизонты», пролетевшая мимо него в 2008 по пути к Плутону:
Ну и вот, теперь мы ждём «Юнону»:
«Юнона» (Juno) была запущенна НАСА в 2011 с целью проведения геофизических и магнитосферных исследований Юпитера. Не будет обойдена вниманием и атмосфера «короля планет».
Если эта «Юнона» была сработана американцами не «на авось», 4 июля (в 6:20 утра 5 июля по Иерусалимскому времени) она выйдет на сильно вытянутую эллиптическую орбиту вокруг Юпитера с периодом обращения 14 дней. «Юнона» станет первым аппаратом, выведенным на полярную орбиту вокруг Юпитера (и вторым орбитальным юпитерианским зондом вообще...), и это означает, что мы впервые получим снимки обоих полюсов, притом с расстояния всего 4300км (диаметр Юпитера, напомню, составляет 140 000км). Конфигурация орбиты «Юноны» такова, что сводит к минимуму нахождение аппарата в радиационных поясах Юпитера. Последнее важно для благополучия не только электроники и бортовых компьютеров, но и солнечных батарей, которые стремительно деградируют в условия интенсивной радиации. И таки да, вы не ослышались: впервые в истории космических исследований, аппарат, предназначенный для полёта к такому удалённому от Солнца объекту, как Юпитер, оснащён не радиоактивными термоэлектрическими генераторами, а солнечными батареями. Прогресс в создании высокоэффективных солнечных элементов помноженный на прогресс в создании неэнергоёмких измерительных приборов и электроники расширил применимость солнечных батарей до орбиты Юпитера, и инженера уже начали присматриваться к Сатурну. Слева: траектория перелёта Juno к Юпитеру; справа: орбита станции вокруг Юпитера
На «Юноне» установлены аж 9 научных приборов. Помимо трёх обычных, имеющихся почти на всякой межпланетной станции (магнетометр, детектор плазменных волн и аппаратура для измерения доплеровского смещения частот радиосигнала, позволяющая составлять карту гравитационного поля планеты), на «Юноне» присутствуют: - JunoCam – цветная камера, обеспечивающая разрешение 15км на пиксель в момент пролёта над полюсом Юпитера. Предполагается, что её ресурса хватит только на первые 7 витков вокруг Юпитера, а потом она выйдет из строя под воздействием мощнейшего облучения при многократном прохождении радиационных поясов; - MWR (Microwave radiometer) – микроволновой радиометр. Важнейший прибор, позволяющий «заглянуть» глубоко под облачный слой Юпитера, непрозрачный в прочих областях спектра. Позволит измерить содержание воды и аммония в глубоких слоях атмосферы до глубины 500-600км и давления 200 атмосфер. Измерения в различных полосах микроволнового диапазона, проведенные под разными углами к поверхности, позволят построить температурный профиль атмосферы; - JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper) – спектрометр, работающий в близком инфракрасном диапазоне спектра (2-5 мкм). Способен регистрировать водяные пары, метан, аммоний и фосфины в слоях атмосферы до глубины в 70км и давления 5-7 атмосфер. С его помощью планируется также наблюдать полярные сияния; - UVS (Ultraviolet Imaging Spectrograph) – спектрометр, работающий в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Предназначен, в первую очередь, для изучения полярных сияний; - JADE (Jovian Auroral Distribution Experiment) – детектор низкоэнергетических заряженных частиц. Предназначен для измерения энергии, углового распределения и направления потоков ионов и электронов, присутствующих в области полярного сияния; - JEDI (Jovian Energetic Particle Detector Instrument) – детектор высокоэнергетических заряженных частиц. Предназначен для измерения энергии, углового распределения и направления потоков ионов и электронов, присутствующих в полярной области магнитосферы Юпитера. И на закуску, немного «инфографики» на тему «Юноны»: (все картинки кликабельны!) О радиации и радиационной защите:
Об уникальных солнечных батареях:
Об истории исследования Юпитера:
«Инфографика» стащена отсюда: http://www.sci-news.com/space/juno-nears-jupiter-03994.html