Juno - NASAn tehtävä Jupiteriin

Jupiterin tutkiminen kiertoradalta paljastaakseen sen piilotetut totuudet.

Flamsteed House at the Royal Observatory on suljettu välttämättömien kunnostustöiden vuoksi 31. maaliskuuta 2022 asti, ja jotkin galleriatilat ovat poissa käytöstä. Muu osa historiallisesta observatoriosta on avoinna, ja vierailijat saavat 50 %:n alennuksen sisäänpääsystä koko tämän ajan. Planetaarioesityksiä järjestetään myös normaalisti.

Sijainti Kuninkaallinen observatorio

25 kesäkuuta 2020



Juno on NASAn kehittämä avaruusluotain, joka kiertää parhaillaan Jupiterin ympärillä. Mitä Juno-luotaimen tehtävä on nyt neljä vuotta sitten paljastanut aurinkokuntamme suurimmasta planeettasta?

Miksi sitä kutsutaan Junoksi?

Roomalaisessa mytologiassa Jupiter oli jumalten kuningas ja Juno-luotain on nimetty roomalaisen jumalattaren Junon mukaan - Jupiterin vaimon ja jumalien kuningattaren mukaan. Jupiter oli hieman flirttaileva hahmo ja hänellä oli monia naisystäviä, joihin Juno ei ollut tyytyväinen. Piilottaakseen pahuuttaan Jupiter veti pilvien verhon ympärilleen, mutta Juno pystyi nostamaan pilvet ja paljastamaan todellisen luonteensa.

Osuvasti nimetty Juno-luotaimen tehtävänä on paljastaa joitain Jupiterin salaisuuksia – erityisesti kuinka se syntyi ja kehittyi, mikä puolestaan ​​voi antaa meille paremman käsityksen aurinkokunnan alkuista.

Juno ja Jupiter

Mitkä ovat Juno-operaation päätavoitteet?

  1. Selvittää, kuinka paljon vettä on Jupiterin ilmakehässä (jotain, joka kertoo meille, mikä nykyisistä planeettojen muodostumisteorioista on todennäköisesti oikea tai korostaa, että tarvitsemme uusia).
  2. Kurkistaa syvälle Jupiterin ilmakehään, jotta saisimme paremman käsityksen muun muassa siitä, mistä se koostuu (koostumuksesta), sen lämpötilasta ja pilven liikkeistä.
  3. Tämän hirviöplaneetan ympärillä olevan painovoimakentän ja magneettikentän kartoittaminen, mikä vihjaa Jupiterin syvärakenteeseen.
  4. Tutkia Jupiterin magnetosfääriä (planeettaa ympäröivä alue, jossa sen magneettikenttä vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin) erityisesti lähellä sen napoja. Tämä antaa uusia näkemyksiä siitä, kuinka Jupiterin jättimäinen magneettikenttä vaikuttaa sen ilmakehään ja sen revontulien syntymiseen.

Vaihtoehtoiset tehtävätavoitteet

Vaikka tämä oli robottitehtävä, Juno-avaruusaluksella oli matkustajia. Aluksella oli kolme miniatyyri Lego -hahmoa: Jupiter, Juno ja italialainen tähtitieteilijä Galileo Galilei - Jupiterin ympärillä olevien neljän suurimman kuun löytäjä. Nämä 4 cm:n hahmot on valmistettu alumiinista (ei-magneettinen metalli, joka ei häiritse laivan laitteita), ja ne on lähetetty vaihtoehtoisena tehtävänä – innostaa nuoria tutkimaan ja kehittämään kiinnostusta STEM:iin (Science, Technology, Insinööritiede ja matematiikka) ja rohkaista heitä kuvittelemaan ja haaveilemaan matkasta planeettojen kuninkaan luokse. Tämä saavutus saattaa nyt tuntua mahdottomalta, mutta saattaa joskus tulla todeksi.

Juno Lego figuurit

Laukaisu, matka ja saapuminen Jupiteriin

Juno-luotain laukaistiin Cape Canaveralin ilmavoimien asemalta 5. elokuuta 2011, mutta itse tehtävä alkoi vuonna 2005, kun NASA hyväksyi sen useiden vuosien voimakkaan halun jälkeen Jupiter-luotaimesta. Keskimääräinen etäisyys Jupiteriin on noin 800 miljoonaa kilometriä, mutta Juno-luotain kulki noin 2,8 miljardia kilometriä päästäkseen sinne vajaassa viidessä vuodessa, johtuen liikeradalta, jossa käytettiin painovoimaapua (nopeustehostetta) Maasta. Lokakuussa 2013 tehdyn painovoima-avustuksen jälkeen, joka nosti nopeutta yli 14 000 km/h, luotain suuntasi kohti Jupiteria. Lähestyessä Jupiterin painovoiman kiihdytettynä se saapui noin 210 000 km/h nopeudella, joten avaruusalus joutui palovammoihin (moottoreidensa laukaisu) hidastaakseen sitä ja saapui lopulta Jupiterin kiertoradalle 5.7.2016.

Juno-luotaimella on erittäin elliptinen napakiertorata, mikä tarkoittaa, että sen kiertorata ei ole täysin pyöreä Jupiterin ympärillä ja se pystyy näkemään Jupiterin navat selkeästi (mitä ei ole aiemmin tehty). 53 päivän kiertorata tuo sen lähelle ennen kuin se vie sen takaisin kauas Jupiterista, ja vaikka sen oli tarkoitus pudota lyhyemmälle 14 päivän kiertoradalle, instrumentaaliset ongelmat, jotka saattoivat vaarantaa tämän saavuttamiseksi vaadittavat moottorin palovammat tarkoittivat, että tiedemiehet päättivät pitää Junon alkuperäisellä 53 päivän kiertoradalla, joka liikkuu hitaasti pohjoiseen, kuten oli tarkoitettu. Joten jokaisen kiertoradan ohilennolla voimme nähdä enemmän ja enemmän Jupiterin pohjoista pallonpuoliskoa entistä selkeämmin.

Junon lentorata matkalla Jupiteriin. (Kiitos: NASA/JPL/SwRI)

Voimanlähteenä Juno-avaruusalukselle

Vain yksi muu avaruusalus on kiertänyt Jupiterin ympärillä – Galileo-avaruusalus, joka toimi vuosina 1995–2003 (ja siihen sisältyi Galileon tuloluotain, joka sukelsi Jupiterin ilmakehään vuonna 1995). Galileo-avaruusalus oli yhtälailla ydinvoimalla kuin kaikki ulkoiseen aurinkokuntaan tuolloin lähetetyt avaruusalukset. Toistaiseksi kaukana Auringosta olisi vaikeaa tuottaa energiaa aurinkovoimalla, mutta rajallinen ydinpolttoainelähde rajoitti sen elinikää.

Juno on erilainen – se on ensimmäinen ulompaan aurinkokuntaan lähetetty avaruusalus, joka tuottaa voimansa aurinkopaneelien avulla. Junossa on kolme suurinta planeetta-luotaimessa koskaan käytettyä aurinkopaneelisiipeä, ja ne eivät ainoastaan ​​ole välttämättömiä avaruusaluksen käyttämiseen tarvittavan tehon tuottamiseen, vaan auttavat myös vakauttamaan sitä. Jokainen aurinkopaneeli on 9 metriä pitkä (noin linja-auton pituinen) ja sisältää yhteensä lähes 20 000 aurinkokennoa, jotka voisivat tuottaa 14 kW tehoa, kun ne sijoitetaan Maan etäisyydelle Auringosta – se riittää noin 100 pöytätietokoneen tehoon! Mutta Jupiter on viisi kertaa kauempana Auringosta verrattuna Maahan ja siihen valoon, jonka aurinkopaneelit saisivat, kun aurinkokunnassa niin kaukana on 25 kertaa vähemmän. Mutta anturi on suunniteltu erittäin tehokkaasti ja vain 500 W:n teholla se pystyy silti jatkamaan työtään.

9 metriä pitkä aurinkopaneeli

Joten mitä Juno on löytänyt Jupiteria tutkiessaan?

Tehtävän tavoite 1: Selvittää, kuinka paljon vettä on Jupiterin ilmakehässä (jotain, joka kertoo meille, mikä nykyisistä planeettojen muodostumisteorioista on todennäköisesti oikea, tai korostaa, että tarvitsemme uusia).

Helmikuussa 2020 Nature Astronomy -lehdessä julkaistussa tieteellisessä artikkelissa julkistettiin ensimmäiset tulokset (käyttämällä Juno-operaation tietoja) Jupiterin ilmakehän vesimäärästä. Se viittaa siihen, että vesi muodostaa noin 0,25 % ilmakehän molekyyleistä Jupiterin päiväntasaajalla. Galileo-luotaimen tiedot vuodelta 1995 viittaavat siihen, että Jupiter oli paljon kuivempi kuin Aurinko (se sisälsi vähemmän happea ja vetyä – veden muodostavia alkuaineita), mutta nämä Junon tulokset osoittavat, että Jupiterissa on lähes kolme kertaa enemmän vettä kuin aurinko tekee.

Tämä on tärkeää sen selvittämiseksi, kuinka Jupiter on voinut muodostua. Aurinko luotiin ensimmäisenä aurinkokunnassamme ja sitä ympäröivästä kaasu- ja pölykiekkosta alkoi muodostua planeettoja. Monet tutkijat ehdottavat, että Jupiter oli ensimmäinen planeetta, joka muodosti kerääntyvän ja vetävän materiaalin levystä - se sisältää suurimman osan kaasusta ja pölystä, jotka eivät menneet Auringon muodostumiseen. On olemassa kaksi johtavaa teoriaa siitä, kuinka Jupiter syntyi: yksi on, että Jupiter muodostui melkein sinne, missä se on nyt, ja toinen teoria viittaa siihen, että se muodostui kauempana aurinkokunnasta ja on sittemmin siirtynyt nykyiselle paikalleen.

Jos Jupiter olisi muodostunut nykyiselle paikalleen materiaalin kertymisestä aurinkosumussa, vain osa alkuaineista olisi ollut kiinteässä faasissa, mutta muut raskaammat alkuaineet, kuten happi ja typpi, olisivat silti olleet haihtuvia – ne olisivat helposti haihtuneet ja hajaantuneet. . Mutta jos Jupiter muodostuisi kauemmaksi aurinkokunnan kylmemmissä syvyyksissä, nämä raskaammat haihtuvat elementit voisivat jäätyä ja siksi kerääntyä ja liittyä yhteen.

Koska vesi sisältää happea ja hapen runsaus liittyy siihen, missä planeetta on voinut muodostua, nämä tulokset voivat auttaa ratkaisemaan tämän kiistan.

Aurinkokunnan muodostuminen

Mutta tutkijat ovat havainneet, että Jupiterin päiväntasaajan alueet ovat melko ainutlaatuisia - ne ovat ainoat alueet, joilla kaikki näyttää olevan hyvin sekoittunut. Kun siirryt sieltä pohjoiseen tai etelään, tilanne ei ole sama. Joten näitä tuloksia on verrattava siihen, kuinka paljon vettä on muilla alueilla. Ilmakehä ei näytä olevan hyvin sekoittunut ja veden määrä saattaa vaihdella planeetan eri puolilla. Ehkä tästä syystä Galileo-luotaimen tiedot eivät olleet ehdottaneet samaa - luotain sattui vain putoamaan erityisen kuivaan kohtaan Jupiterilla.

jokaisen sinisen kuun merkitys

Tehtävän tavoite 2: Kurkistaa syvälle Jupiterin ilmakehään, jotta saamme paremman käsityksen siitä, mistä se koostuu (koostumuksesta), sen lämpötilasta ja pilven liikkeistä muun muassa.

Jupiter on massiivinen planeetta - se sisältää paljon materiaalia ja mitä enemmän massaa on, sitä vahvempi painovoima. Junolla on instrumentti, joka voi mitata Jupiterin ympärillä olevaa painovoimakenttää, joka antaa viitteen sen massasta ja yhdistettynä sen koon mittauksiin voi antaa tutkijoille arvion Jupiterin tiheydestä (kuinka tiiviisti pakattu materiaali tällä planeetalla on). Sen tiheyden tunteminen voi antaa käsityksen sen koostumuksesta – mistä sen pitää olla tehty (enimmäkseen kevyempiä tai painavia elementtejä).

Massaltaan Jupiterin ilmakehä koostuu noin 75 % vedystä ja 24 % heliumista ja loput prosenttiosuudet muista alkuaineista. Siinä on pieniä määriä metaania, vesihöyryä, ammoniakkia ja piipohjaisia ​​yhdisteitä sekä hiiltä, ​​etaania, rikkivetyä, neonia, happea, fosfiinia ja rikkiä. Sisustaan ​​syvemmällä se sisältää tiheämpiä materiaaleja, joten sen koostumus muuttuu hieman.

Jupiter on merkitty vuorottelevilla kaasuvyöhykkeillä, joita kutsutaan vyöhykkeiksi ja vyöhykkeiksi – mitä tähtitieteilijä Galileo havaitsi itse yli 400 vuotta sitten. Vyöhykkeet ovat Jupiterin suihkujen varrella olevia pilviominaisuuksia – uskomattoman voimakkaat tuulet puhaltavat ympäri planeettaa noin 360 km/h. Tuulet tummissa vyöhykkeissä virtaavat yhteen suuntaan ja tuulet vastakkaiseen suuntaan kirkkaammilla vyöhykkeillä. Aivan kuten maan päällä, pilvien korkeus/korkeus vaihtelee. Jupiterilla pilvet ovat korkeammalla vyöhykkeellä kuin vyöhykkeellä. Se, kuinka syvälle nämä värikkäät nauhat ja muut piirteet tunkeutuvat Jupiterin ilmakehään, on yksi avainkysymyksistä, joihin tutkijat etsivät vastausta.

Jupiterin vyöt ja vyöhykkeet yhdessä Suuren punaisen pisteen kanssa

Jupiterin vyöt ja vyöhykkeet yhdessä Suuren punaisen pisteen kanssa. (Kiitos: NASA/JPL/Arizonan yliopisto)

Kiinteällä kappaleella sen ympärillä oleva painovoimakenttä on symmetrinen, mutta kappaleessa, jolla on sisäinen dynamiikka eli joka on valmistettu nesteestä tai kaasusta, joten se muuttuu eikä ole kiinteä, painovoimakentässä voi olla epäsymmetriaa ja se johtuu differentiaalisesta pyörimisestä (että jotkut osat se pyörii / pyörii nopeammin kuin muut sen osat) ja se on myös seurausta syvistä ilmakehän virtauksista. Juno on havainnut, että Jupiterin ympärillä oleva painovoimakenttä vaihtelee napasta toiseen. Mitä syvemmällä suihkut ovat, sitä enemmän niiden täytyy sisältää massaa, mikä johtaisi voimakkaampaan signaaliin painovoimakentässä. Joten tutkimalla painovoimakenttää tiedemies pystyi määrittämään, kuinka syvälle nämä suihkuvirrat tunkeutuvat näkyvien pilvien alle. Junon tiedot osoittivat, että tämä Jupiterin sääkerros kulkee paljon odotettua syvemmällä ja on ennustettua massiivisempi - saavuttaen 3000 km:n syvyydet. Jupiterin ilmakehän tuulet ulottuvat syvälle sen ilmakehään ja kestävät paljon kauemmin kuin vastaavat ilmakehän prosessit, joita havaitsemme maan päällä.

Junon Microwave Radiometer (MWR) pystyy mittaamaan ilmakehän lämpötilaa eri syvyyksillä, koska vesi ja ammoniakki absorboivat hyviä mikroaaltosäteilyn tietyn aallonpituuksia. Se on prosessi, jolla mikroaaltouunimme toimivat – ruoassamme olevat vesimolekyylit imevät mikroaaltojen energiaa, mikä lämmittää ruoan nopeasti. Lämpötilamittaukset antavat siis viitteen veden ja ammoniakin määrästä syvällä Jupiterin ilmakehässä. MWR-tiedot ovat osoittaneet, että päiväntasaajan lähellä oleva vyö tunkeutuu alas (ammoniakkipilvien huipulta syvälle ilmakehään), kun taas vyöhykkeet ja vyöhykkeet muilla leveysasteilla näyttävät kehittyvän muiksi rakenteiksi. Galileo-luotain lähetti takaisin dataa 120 kilometrin syvyydestä ennen kuin se lakkasi lähettämästä – noissa syvyyksissä se koki noin 22 kertaa maapallon ilmanpaineen. Mutta Junon anturit voivat mitata lämpötilaa ja siten vesipitoisuutta syvyyksissä, joissa paine on 50 kertaa suurempi kuin Galileo-luotaimella.

Junon napakiertorata tarjoaa upeat näkymät sen napoille, ja JunoCam (alunperin levitystyökaluksi tarkoitettu kamerainstrumentti) on ottanut todella upeita kuvia Maan kokoisista pyörteistä myrskyistä, jotka ovat ryhmittyneet tiiviisti yhteen Jupiterin pohjois- ja etelänavalle. Pohjoisnavalla on kahdeksan myrskyä, jotka ympäröivät yhtä napapyörremyrskyä, ja etelässä viisi muuta keskimyrskyn ympärille järjestettyä myrskyä havaittiin varhain. Mutta tuoreemmalla ohilennolla Juno havaitsi toisen, joka nousi etelässä. Nämä myrskyt jäävät tutkijoille mysteeriksi sen suhteen, kuinka ne muodostuivat, miksi myrskyt pysyvät vakaassa kokoonpanossa eivätkä näytä häiritsevän toisiaan hankautessaan vierekkäin ja miksi ne eivät näytä samalta molemmissa navoissa. Jäljelle jääneen tehtävän ajan Juno jatkaa näiden myrskyjen seuraamista nähdäkseen, jatkuvatko ne vai katoavatko ne.

Jupiterin etelänapa

Suuri punainen piste on ehkä Jupiterin suurin piirre – sen pinnalla on jättiläinen raivoava myrsky. Vaikka tiedemiehet kutsuvat sitä myrskyksi, se on teknisesti antisykloni. Maapallon syklonien ja hurrikaanien tapaan keskus on suhteellisen tyyni, mutta reunalla tuulet kohoavat 430-680 km/h.

Vaikka se on pyörinyt Jupiterin poikki vähintään 200 vuotta (sen ajan sen koosta on kerätty kirjallisia muistiinpanoja), se voi itse asiassa olla enemmän kuin 350 vuotta vanha, jos samanlaisen myrskyn varhaiset havainnot ovat todellakin itse Suuresta punaisesta pisteestä. Mutta tämä valtava piirre on hidastanut kutistumista – sen kokoa koskevat tiedot osoittivat, että se pieneni 1800-luvulla ja uudelleen, kun NASAn matkaluotaimet lensivät ohi vuonna 1979 (tuhon aikaan se oli yli kaksi kertaa Maan leveys). Mutta Juno on paljastanut olevansa lähempänä puolitoista kertaa Maan leveyttä. Tämä kutistuminen kiihtyi huomattavasti toukokuussa 2019, ja teriä tai hiutaleita (myrskyn palasia) on nähty murtautuvan päämyrskystä rypistyvän ympäröiville alueille, ja pisteestä on myös havaittu virtaavan tummaa materiaalia, mikä saa sen näyttämään vaikka myrsky on purkautunut. Joten tähtitieteilijät, sekä ammattilaiset että amatöörit, katsovat innokkaasti.

Jupiterin myrskyt ovat pysyvämpiä kuin vastaavat ilmiöt maan päällä. Hurrikaanit kasvavat valtamerten yli ja kun ne saavuttavat maan, ne hajoavat, koska maa hidastaa myrskyjä. Mutta koska Jupiterilla ei ole pintaa sellaisenaan, tuulet voivat kestää vuosisatoja – joskus ne jopa sulautuvat muodostaen suurempia piirteitä tai vain ahmivat pienempiä viereisiä myrskyjä, jotka tulevat liian lähelle.

Suuren punaisen pisteen uskotaan olevan nousualue, jossa pilvet nousevat alhaalta. Jotkut myrskyt ovat valkoisia, mutta monet ottavat tiilenpunaisen värin, kuten tämä myrsky. Väristä vastaava tarkka kemia ja koostumus on vielä määrittämättä, mutta Suuren punaisen täplän pääpilvikerros on todennäköisesti ammoniakkia, joten se saattaa olla tekijä.

Vaikka voimme nähdä sen leveyden ja mitata sen koon, tiedemiehet ovat halunneet selvittää, kuinka syvälle tämä myrsky tunkeutuu. Juno on kyennyt paljastamaan, että tuon Suuren pisteen juuret ulottuvat noin 300 kilometrin päähän sen ilmakehään – se on 50-100 kertaa syvemmällä kuin Maan valtameret. Lisäksi myrskyn pohja on lämpimämpi kuin huipulla ja koska tuulet liittyvät lämpötilaeroihin (lämmin ilma nousee ja kylmä ilma laskee), suuren punaisen pisteen juurella oleva lämpö selittää jollain tapaa villiä. tuulet, jotka näkyvät ilmakehän huipulla.

Jupiter

Jupiterin suuri punainen piste tehty JunoCam-kuvista. (Kiitos: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart)

Tehtävän tavoite 3: Kartoittaa painovoimakenttä ja magneettikenttä tämän hirviöplaneetan ympärillä, mikä vihjaa Jupiterin syvärakenteeseen.

Yksi Junon instrumenteista on painovoimainstrumentti, joka mittaa Jupiterin painovoiman vetoa avaruusalukseen sen kiertäessä ympäriinsä. Joten jos Juno tuntee voimakkaamman hinauksen lentäessä yhden alueen yli, se voi päätellä, että näkyvien pilvien alla on jotain massiivisempaa tai tiheämpää aluetta, jonka yli se lentää. Nyt kun Juno on kiertänyt tarpeeksi Jupiterin ympäri rakentaakseen siitä maailmanlaajuisen kuvan, painovoimatiedon avulla voidaan rakentaa tämän kaasujättiläisen tiheyskartta ja paljastaa, mitä sen alla piilee.

Jupiterin muodostumiselle on olemassa kaksi johtavaa teoriaa – että kivijätteet sulautuivat hitaasti yhteen muodostaen kiinteän ytimen, joka sitten kasvoi tarpeeksi suureksi, jotta sen vetovoima pyyhkäisi kevyemmän vety- ja heliumkaasun valtavaksi verhoksi sen ympärillä ja toinen ajatus on, että Jupiter syntyi tiheästä kaasutaskusta, joka jäi pyörimään Auringon ympäri ja se romahti itseensä ilman kivistä ydintä. Koska emme voi kurkistaa suoraan Jupiterin keskustaan, sen sisäinen rakenne on jotain, joka on jäänyt tutkijoiden ulkopuolelle vuosikymmeniä.

Mutta jälleen kerran Juno on edistynyt tässä. Jupiterin painovoiman nopeuttamisesta tai hidastamisesta eri alueilla tiedemiehet ovat pystyneet seuraamaan massan jakautumista planeetan ympärillä painovoimainstrumentin avulla. Tiedot viittaavat siihen, että Jupiterilla on ydin, mutta ei odotetulla tavalla. Se ei ole kompakti pallo keskellä selkeästi rajatulla reunalla, vaan se on sumea laimennettu ydin, joka leviää lähes puoleen Jupiterin 143 000 km halkaisijasta. Syy tähän on edelleen mysteeri, vaikka jotkut ovat ehdottaneet, että se on saattanut iskeä sen varhaisessa elämässä, mikä päätyi sekoittumaan materiaalia ytimestä vety-helium-vaippaan, joka täyttää suuren osan planeetan muusta osasta. Joten Jupiterilla ei todennäköisesti ole kiinteää ydintä, mutta kun ylempien kerrosten kaasu puristuu ja kutistuu alla olevissa kerroksissa, kohoavat lämpötilat ja murskauspaineet muuttavat kaasun todennäköisesti joksikin eksoottisemmaksi - nestemäiseksi metallivedyksi (samalla tavalla). vanhoista lämpömittareista löytyvään elohopeaan). Jupiterin pilvien lämpötila on noin miinus 145 celsiusastetta, mutta lähellä planeetan keskustaa se on paljon kuumempi - se voi olla noin 24 000 celsiusastetta, mikä tekisi siitä kuumemman kuin Auringon pinta.

Jupiter

Jupiterin sisäinen rakenne vaikuttaa sen käyttäytymisen muihin näkökohtiin. Ennen Juno-lentoa tiedemiehet tiesivät hyvin, että Jupiterilla oli uskomattoman voimakas magneettikenttä, mutta Junon magnetometrin tulokset ovat osoittaneet, että se on epäsäännöllisempi ja vahvempi kuin kukaan oli odottanut – noin 10 kertaa vahvempi kuin maan voimakkain magneettikenttä. .

Kaasujättiläisen suurta magneettikenttää kartoittava avaruusaluksen magnetometri löysi tämän silmiinpistävän tuloksen ensimmäisellä kiertoradalla Jupiterin ympäri ja nyt kun on kerätty tarpeeksi tietoa maailmanlaajuisen kattavuuden ja planeetan magneettikentän kartoittamiseksi – jotain hyvin outoa on ilmennyt. Magneettikenttä on möykkyinen ja epätasainen – paikoin vahvempi kuin toisissa. Maan magneettikentän tuottaa dynamo. Maan kiinteää ydintä ympäröi sähköä johtava neste - nestemäinen rauta. Tämän nesteen pyöriminen tuottaa planeettamme magneettikentän. Planeetallamme on kaksi napaa – pohjoinen ja eteläinen magneettinapa, joiden kenttäviivat muistuttavat tankomagneetin ympärillä olevaa napaa – joten on kuin maapallon sisällä olisi tankomagneetti. Mutta Jupiterin magneettikenttä on hieman sotkuinen, ja se on vähättelyä. Kuvittele, että otat tankomagneetin, taivutat sitä niin, ettei se ole täysin suora, sitten kulutat sen toisen pään ja jaat toisen pään kahtia ennen kuin asetat sen planeetalle epämääräiseen kulmaan. Pohjoisessa magneettikenttäviivat kasvavat rikkaruohona pikemminkin kuin keskipisteen ympäriltä (se on rispaantunut pää) ja sitten etelässä - jotkut kenttäviivat yhtyvät ja tulevat planeetalle sen etelänavan ympärille, mutta jotkut kerääntyvät takaisin planeetalle Päiväntasaajan eteläpuolella sijaitseva alue, joka on nyt nimetty suureksi siniseksi pisteeksi (hieman hämmentävää, koska se ei ole myrsky). Jupiterin magneettikentän epätasaisuus viittaa siihen, että magneettikenttä voi syntyä lähemmäs pintaa dynamon vaikutuksesta eikä syvältä sisältä, kuten Maa.

Tehtävän tavoite 4: Tutkia Jupiterin magnetosfääriä (planeettaa ympäröivä alue, jossa sen magneettikenttä vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin) erityisesti lähellä sen napoja. Tämä antaa uusia näkemyksiä siitä, kuinka Jupiterin jättimäinen magneettikenttä vaikuttaa sen ilmakehään ja sen revontulien syntymiseen.

Vaikka Junon naparadat havaitsivatkin ensimmäisen kerran Voyager 1 -avaruusalus, se tekee siitä täydellisen aurinkokunnan voimakkaimpien revontulien tutkimiseen. Ne kattavat valtavia alueita planeetan napoista ja ovat satoja kertoja energisempiä kuin maan revontulet. Junon napakiertorata on mahdollistanut myös Jupiterin eteläisten revontulien näkemisen, joita on vaikea nähdä maapallolta Jupiterin kulman vuoksi Maahan sidotusta näkymästämme.

Revontulet aiheutuvat kiihtyvistä varautuneista hiukkasista, jotka törmäävät planeetan ilmakehässä olevien atomien kanssa ja vapauttavat sitten energiaa valon muodossa. Maapallolla se on Auringon (aurinkotuulen) varautuneita hiukkasia, jotka ovat vuorovaikutuksessa Maan ilmakehän atomien kanssa ja johtavat upeaan valoon, joka osoittaa, että revontulet ovat. Maan magneettikenttä ajaa varautuneet hiukkaset planeetan napoille ja tuloksena oleva valoshow näkyy näkyvässä valossa. Jupiterin revontulet ovat samoja perusilmiöitä, mutta niitä eivät aiheuta vain Auringon, vaan myös sen yhdestä kuusta, Iosta, varautuneista hiukkasista. Mutta Jupiterin revontulet loistavat kirkkaasti ultravioletti- ja röntgensäteissä (ja jopa muussa valossa) näkyvän valon sijasta, joten emme pystyisi näkemään sitä silmillämme.

Jupiter

Mutta silloin tällöin revontulet kasvavat uskomattoman voimakkaaksi, eivätkä ne ole peräisin jättimäisestä auringonpurkauksesta. Io on vulkaanisesti aktiivinen kuu. Vulkanismi on seurausta gravitaatiovedosta sen pinnalla ja sisäpuolella, ei vain Jupiterista, vaan myös muista lähellä kiertävistä suurista Galilean kuista. Tämä hinaaminen tai vuoroveden taipuminen lämmittää Ion sisäosia ja ajaa sarjan tulivuoria purkamaan sen pinnalle. Io heittää avaruuteen valtavan määrän rikkidioksidia ja happikaasua, ja tämä materiaali ionisoituu tai varautuu Jupiterin magneettikentän vaikutuksesta ja muodostaa munkin muotoisen radan tai toruksen Ion kiertoradan ympärille nimeltä Io Plasma Torus. Ajan mittaan magnetosfäärin hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa Jovian ilmakehän kanssa tuottaen revontulia, mutta toisinaan revontuleissa on myös kirkkaita pisteitä, jotka johtuvat suoraan Iosta Jupiterin ilmakehään virtaavista varautuneista hiukkasista.

Jupiter

Jupiterin suuri magneettikenttä on seurausta sen nopeasta pyörimisestä. Vaikka Jupiter on kymmenen kertaa Maata leveämpi, se onnistuu pyörimään akselinsa ympäri kaksi ja puoli kertaa nopeammin ja tekee täyden kierroksen alle 10 tunnissa. Kuten Juno on alkanut paljastaa, magneettikenttää ei synny Jupiterin ydin, vaan sen metallinen vetykerros, joka on lähempänä pintaa. Jupiterin magnetosfääri (se ympärillä oleva avaruuden alue, joka vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin) on suurempi kuin Aurinko! Ja sen uskomattoman voimakkaan magneettikentän ansiosta Jupiterin revontulet eivät lopu koskaan. Supernopea pyöriminen on se, minkä uskotaan kiihdyttävän varautuneita hiukkasia Jupiterin ilmakehään voimakkaammin suuremmalla potkulla.

Koska Maan revontulet ja Jupiter ovat samoja ilmiöitä, tiedemiehet odottivat, että Jupiterin ilmakehään murtautuvat varautuneet hiukkaset saavat energiansa samalla tavalla kuin Maan ilmakehän kanssa törmäävät varautuneet hiukkaset. Eli kun varautuneet hiukkaset kiertävät planeetan magneettikenttälinjoja, ne luovat sähkövirtoja ilmakehän yläpuolella olevaan tilaan, joten kun varautuneet hiukkaset kulkevat tilan läpi, ne saavat energianiskun ja kiihtyvät - silloin kun nämä kiihtyneet hiukkaset törmäävät atomi ilmakehässä, jolloin syntyy energisimpiä revontulia. Mutta Juno on päätellyt, että tämä sama mekanismi ei ole vastuussa KAIKKIEN voimakkaiden revontulien tuottamisesta Jupiterilla. Ensimmäisellä ohilennollaan revontulien yli se ei havainnut Jupiterin ilmakehään laukaisevia varautuneita hiukkasia odotetusti suuremmalla potkulla, mutta myöhemmissä ohilennoissa se havaitsi.

Yksi mahdollinen selitys on, että juuri Jupiterin ilmakehän yläpuolella on plasma-alue (ionisoituneiden tai varautuneiden hiukkasten alue) ja kuten surffaajat valtameren aalloilla, plasmassa olevat aallot voivat kiihdyttää hiukkasia. Hitaasti, vuorovaikutuksessa monien aaltojen kanssa, hiukkaset saavat energiaa ja ne, jotka saavat eniten energiaa, voivat olla toinen syy Jupiterin intensiiviseen revontuliaan, mutta se on edelleen hypoteesi, koska tutkijat eivät ole selvittäneet, kuinka nämä plasmaaallot voitaisiin luoda.

Junon tulevaisuus

Kesäkuussa 2012 NASA pidensi operaation kestoa heinäkuuhun 2021. Junon erittäin elliptinen kiertorata, joka toisi sen lähelle planeettaa vain muutaman tunnin ajan sen 53 päivän kiertoradalta, oli rajoittaa jatkuvaa säteilyaltistusta avaruusaluksen herkkien komponenttien suojelemiseksi. tuhoutumasta. Sen odotettiin kestävän vain muutaman läheisen ohituksen, mutta se lentää edelleen vahvasti tänään! Pidempi 53 päivän kiertorata tarkoittaa, että tarvittavan tieteellisen tiedon keräämiseen kuluu enemmän aikaa ja vaikka sillä on rajoittamaton polttoaineen lähde, koska se käyttää aurinkoenergiaa, operaation kokonaiskestoa rajoittaa todennäköisesti budjetti eikä matkustamisen aiheuttama säteily. Jupiterin magnetosfäärin läpi (koska se on toistaiseksi pärjännyt hyvin).

Viimeisenä suunniteltuna Jupiterin kiertämisvuotena Juno jatkaa syvemmälle Jupiterin mysteereihin kaivamista ja auttaa löytämään syvempiä vastauksia tehtävänsä tavoitteisiin. Puolivälissä tehtäväänsä se suoritti Jupiterin maailmanlaajuisen kattavuuden, vaikkakin karkealla yksityiskohdalla, mutta jäljellä olevien kuukausien aikana se suorittaa kiertoradat, jotka ovat vieneet sen puolivälissä aikaisempien kiertoratojen välillä, mikä tarkoittaa, että se pystyy tarjoamaan entistä yksityiskohtaisemman kuvan koko planeettasta. Jos luotain pysyy terveenä, saattaa olla mahdollisuus jatkaa sitä päätehtävänsä päätyttyä, mutta avaruusaluksen instrumenttien tilaa on seurattava, jotta minimoidaan ei-toivotun törmäyksen riski Jupiterin kuuihin, jos avaruusalus epäonnistuu ja budjettia on tietysti tarkistettava.

Juno-avaruusaluksen kuvasarja

Juno-avaruusaluksen kuvasarja. (Kiitos: NASA / JPL-Caltech /SwRI / MSSS / Brian Swift / Seán Doran)

Tehtävän lopussa NASA aikoo kiertää Juno-avaruusaluksen ja lähettää sen sukeltamaan alas Jupiterin ilmakehään – samalla tavalla kuin Galileo-luotain teki vuonna 1995. Kun se teki vaarallisen laskeutumisensa, Galileo-luotaimeen osuivat 640 tuulet. km/h ja se lämmitettiin kaksinkertaiseen lämpötilaan verrattuna Auringon pinnalla koettuihin lämpötiloihin – se on se, mitä Juno odottaa, kun se huutaa Jupiterin ilmakehään. Orbiitti on suunniteltu tapahtuvaksi 30. heinäkuuta 2021, ja ohjaamalla avaruusalusta sen katoamisen jälkeen se varmistaa, että avaruusalusta käytetään NASAn Planetary Protection Guidelines -ohjeiden mukaisesti, jotta se ei jää avaruusjätteeksi tai vaaranna kontaminaatiota törmäämällä muihin taivaankappaleisiin, koska se todennäköisesti hajoaa, kun se uppoaa syvemmälle Jupiterin ilmakehään. Mutta viimeisinä hetkinä se epäilemättä tarjoaa paljon odotettua ja ratkaisevaa tietoa Jupiterin sisältä.

Kirjoittaja Dhara Patel - tähtitieteen koulutusvirkailija (kesäkuu 2020)