Юпитер. Краткая хроника прикосновений

 

00 Galileo_Jup & Zeus.jpg


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.

 

01 Pioneer_10.jpg

 

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.

 

02 Pioneer_11.jpg

 

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:

03-04 Voyager_1.jpg

 

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:

 

05 Ulysses.jpg

 

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:

06 Galileo.jpg

 

Большое Красное Пятно Юпитера глазами станции Галилей:

06a Galileo - Red Spot.jpg

 

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.

 

06b Galileo - atmospheric probe.jpg

 

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:

 

07 Cassini.jpg

 

Последней станцией, навестившей Юпитер, стала Новые Горизонты, пролетевшая мимо него в 2008 по пути к Плутону:

 

08 New Horizons.jpg

 

 

 

Ну и вот, теперь мы ждём Юнону:

 

09-1 Juno.jpg

 

Юнона (Juno) была запущенна НАСА в 2011 с целью проведения геофизических и магнитосферных исследований Юпитера. Не будет обойдена вниманием и атмосфера короля планет.

 

09-2 Juno spacecraft.jpg

 

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

09-3 Juno trajectory.jpg

 

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:

10a Juno.jpg

 

Об уникальных солнечных батареях:

10b Juno.jpg

 

Об истории исследования Юпитера:

10c Juno.jpg

 

 

Инфографика стащена отсюда: http://www.sci-news.com/space/juno-nears-jupiter-03994.html