Sonda „Junona“ (engl. Juno) lansirana je ka Jupiteru 2011. sa uzbudljivim zadatkom: da nam otkrije kako izgleda Jupiterova unutrašnjost. Upoznavanje karakteristika najveće planete solarnog sistema nije značajno samo po sebi, već nam omogućava da saznamo mnoge tajne vezane za formiranje našeg sistema pa čak i porekla ekstrasolarnih planeta oko drugih zvezde. „Junona“ je stigla na cilj 27. avgusta 2016. i ušla u orbitu sa perijoviom od samo 4.200 km i apojoviom od 8,1 milion km (iza orbite Kalista), i periodom od 53,5 dana. Sonda je zbog naučnih istraživanja trebalo da smanji period orbite na samo 14 dana, ali je kvar na helijumskom sistemu za presurizaciju motora sprečio taj manevar, tako da će „Junona“ do kraja misije 2021. ostati u ovoj orbiti. To znači da će trebati još tri godine više da sonda ispuni sve svoje zadatke.
Jupiter snimljen kamerom zanimljivog imena – JunoCam.
„Junonin“ tim stručnjaka sa teksaškog Istraživačkog instituta SwRI objavio je prošle nedelje prve naučne rezultate misije uprkos činjenici da je sonda prošla kroz perijovio tek pet puta (zapravo objavljeni podaci prikazuju podatke od samo tri proletanja kroz perijovio). Koje tajne nam je „Junona“ otkrila? Pre svega, otkrila nam je koliko malo znamo o unutrašnjosti najveće planete Sunčevog sistema[1].
Počnimo sa gravimetrijskim podacima[2]. O njima se obično ne priča mnogo, jer je to komplikovana tema i nema lepih slika koje bi mogle da ilustruju priču, ali glavni cilj „Junone“ je da analizira unutrašnju strukturu Jupitera putem radio-eksperimenta. Dakle, da li je „Junona“ potvrdila da Jupiter ima gusto jezgro, kako predviđaju tradicionalni modeli, ili zapravo ima „maglovito“[3] jezgro kako nagoveštavaju najnovije teorije? Iako je sonda do sada napravila samo nekoliko krugova oko planete i podaci još uvek pristižu, sve indikuje da ova druga teorija ima više smisla. Znači da već sada moramo da revidiramo većinu naših modela unutrašnjosti Jupitera. Umesto da imamo veliko jezgro sa slojevima leda, stenja i metala, izgleda da Jupiter ima malo čvrsto jezgro okruženo regionima gušćeg materijala sačinjenog od vodonika i helijuma, koji čine većinu njegove mase. Difuzno jezgro zauzima od 30% do 50% prečnika planete (!)
Preliminarni rezultati gravimetrijskih podataka „Junone“ u poređenju sa nekim teoretskim modelima.
Kada posle većeg broja proletanja kroz perijovio budemo dobili više podataka, moćićemo da analiziramo harmonike[4] višeg reda sa više detalja i da bolje ispoliramo naše modele unutrašnjosti planete. Do nedavno, mogli smo da studiramo harmonike gravitacionog potencijala samo do 6. stepena (J6), ali će „Junona“ moći da analizira harmonike do 20. ili 30. stepena (poređenja radi, „Cassini“ će uspeti da prouči unutrašnjost Saturna preko harmonika reda veličine do 10. tokom svog „Grand Finala“).
Model unutrašnjosti Jupitera sa difuznim jezgrom prema „Junoninim“ podacima.
No nesumljivo najveće iznenađenje misije i najupečatljiviji aspekt za javnost predstavljaju fotografije skromne kamere JunoCam[5] (sonda „Pioneer 11“ je već slikala severni pol Jupitera 70-ih godina, ali sa 10 puta veće udaljenosti od „Junone“). Kako sam već pisao u svom ranijem osvrtu na samu misiju, baš zahvaljujući toj kameri u stanju smo da prvi put uživamo u polarnim regionima Jupitera. Glavni zaključak je da su iz nepoznatog nam razloga Jupiterovi polovi dramatično različiti od onih Saturnovih (nema šestouglova kao na Saturnu a ni polarnih vrtloga-vorteksa) i, uz to, severni pol planete je različit od južnog. Iznad širina od 70° severno i južno, poznate Jupiterove zone (tamniji) i pojasevi (svetliji) ustupaju mesto diskretnijim strukturama koje postaju sve tamnije naspram pozadine planete. Ističu se brojni beli ovali prečnika od 50 do 2000 km – to su oluje (cikloni) koji se na severnoj hemisferi okreću suprotno od kazaljke na satu. U svakom slučaju, ovo su prirodni spektakli koji nikad ranije nisu viđeni.
Razlike između severne i južne polulopte Jupitera posredstvom JunoCama. Prva slika je nastala u 11:59 UT 27. avg. 2017. sa visine od 73.009 km od oblaka, a druga u 13:56 UT sa visine od 95.096 km.
Izgled južnog pola Jupitera sa visine od 52.000 km. Ovali na slici su cikloni prečnika oko 1400 km. Tokom 3 orbite, kamera je napravila puno slika koje su kombinovane tako da se sve zone vide po danu, u boji i u sreteografskoj projekciji.
Slike JunoCama nam omogućavaju da dobijemo uvid u ekvatorske širine u zadivljujućoj rezoluciji. Tako možemo da posmatramo stotine oluja u obliku stubova koji se uzdižu oko pedeset kilometara iznad donjih slojeva oblaka. Nije jasno da li su ti oblaci formirani od vode ili od amonijaka. Senke tih oblaka se vide na slikama (!) To znači da smo prvi put u stanju da nazremo veličanstvenu trodimenzionalnu strukturu Jupiterove atmosfere.
Slika prikazuje senku oblaka vode ili amonijaka na ekvatoru koji se uzdiže gotovo 25 km.
Slika na kojoj se vide senke brojnih oblaka koje se uzdižu 50 km iznad slojeva donjih oblaka.
Još jedna slika visokih oblaka koji bacaju senke.
Sekvence JunoCama tokom prolaska kroz perijovio.
Sledi animacija Gerarda Eichstada. Upscaled, Uptimed x3, Process x12: https://flic.kr/p/UVZbSW.
Ali nije nas samo JunoCam oduševila svojim spektakularnim slikama. Čak i skromni solarni senzor (SRU-1) sonde, zapravo mala kamera, uspeo je da ulovi divnu sliku sazvežđa Orion sa Jupiterovim prstenom kamenja i zvezdane prašine u pozadini tokom prvog proletanja kroz tačku perijovia 27. avgusta 2017. To je prvi pogled na Jupiterov prsten mal'te ne sa površine oblaka planete.
https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA21644
Ako pričamo o amonijaku, mikrotalasni radiometar (MWR[6]) nam je takođe pripredio iznenađenje. Sećamo se da je to drugi najvažniji instrument na brodu, posle instrumenta za radio gravimetrijska merenja. Glavni cilj MWR-a je merenje temperature i rasprostranjenosti amonijaka i vode u atmosferi Jupitera, čime će se utvrditi proporcija kiseonika i azota na planeti (sonda „Galileo“ je otkrila deficit vode u zoni atmosfere što je zbunilo naučnike). MWR je otkrio da se ekvatorijalni pojas Jupitera proteže do velike dubine, dok se ostale zone i pojasevi ne ponašaju na isti način. Količina amonijaka, protivno svim očekivanjima, jako varira do dubine od nekoliko stotina kilometara, gde se očekivalo da je njegova distribucija ispod slojeva oblaka biti homogenija. Doista, MWR je uspeo da zabeleži konvekcione ćelije bogate amonijakom koje dostižu dubinu od najmanje 300 kilometara.
Varijacije rasprostranjenosti amonijaka prema instrumentu MWR (plavo su zone sa manje amonijaka).
Detalj MWR podataka.
Profil temperatura MWR.
S druge strane, instrumet JIRAM[7] nam je pružio jedinstveni uvid u vrele regione Jupitera. Istina je da smo već viđali slične slike koje su pravili zemaljski infracrveni teleskopi, ali JIRAM nam sada nudi izuzetnu rezoluciju i ugao gledanja. Što se tiče misteriozne „suvoće“ zona u koje je sonda „Galileo“ uletela, JIRAM je utvrdio da vlažnost atmosfere dramatično varira čak i u vrelim zonama, tako da se debata o rasprostranjenosti vode na Jupiteru u odnosu na prosek solarnog sistema nastavlja.
Vrele zone Jupitera viđene JIRAM-om.
I naravno, nije nas razočaralo ni gigantsko magnetno polje Jupitera[8]. Kako da nas razočara kad se radi o najjačem magnetnom polju u solarnom sistemu, posle Sunca. Sondini magnetometri su otkrili da je magnetno polje dvaput snažnije nego što se očekivalo (10 puta jače od magnetnog polja Zemlje!) i generiše se u zoni koja je mnogo bliža površini nego što smo verovali. Dominantne hipoteze su do sada zastupale mišljenje da se Jupiterovo magnetno polje generiše u regionima metalnog vodonika, ali „Junonini“ podaci sugerišu da bi moglo da nastaje odmah iznad granice između molekulskog i metalnog vodonika. Začuđujuće su nepravilnosti u magnetosferi ako znamo da Jupiter nema koru koja bi ometala silnice polja koje dolaze iz unutrašnjosti.
Detalji jovijanske magnetosfere. Vide se nepravilnosti u dipolu.
Konačno, instrument JEDI (Ameri čitaju „Džedaj“)[9] posvećen analizi čestica magnetosfere, i JADE[10] i UVS[11], posvećeni studiranju Jupiterovih aurora, takođe su svojim podacima doprineli opštoj orgiji. Kao primer, sledi ovaj video Jupiterovih Aurora Australis (južna polarna svetlost) u kome se vidi magnetni trag meseca Ia:
https://youtu.be/BWOSGI1WrNA. Naravno da ovo nisu prave boje!
Joni otkriveni u Jupiterovoj magnetosferi.
Čestice i intenzitet Jupiterove magnetosfere.
Još uvek ima mnogo miliona kilometara pred „Junonom“, ali i ovi retki podaci koje smo do sada primili više su nego dovoljni da se zaprepastimo. Ko je pomislio možda da već razumemo gotovo sve tajne Jupitera – prevario se. Najveća planeta u Sunčevom sistemu još je fascinantnija nego što smo je zamišljali.
Super-slika sonde „Juno“! Sonda ima najveće solarne panele do sada lansirane na ovi daljinu! Zbog užasnog zračenja, delikatna elektronika je sakrivena u specijalnom titanijunskom oklopu.
Reference:
- https://www.nasa.gov/press-release/a-whole-new-jupiter-first-science-results-from-nasa-s-juno-mission
- S.J. Bolton et al, Jupiter’s interior and deep atmosphere: The initial pole-to-pole passes with the Juno spacecraft, Science 356, 821–825, 26 de mayo de 2017.
- J.E.P. Connerney et al., Jupiter’s magnetosphere and aurorae observed by the Juno spacecraft during its first polar orbits, Science 356, 826–832, 26 de mayo de 2017.
[1] U mojoj knjizi piše da Jupiter ima 2,5 puta veću masu od svih planeta, njihovih satelita, asteroida i kometa zajedno! Toliko je masivan da zajednički centar masa sa Suncem, njihov baricentar, leži van gabarita Sunca (na 1,068 Sunčevih poluprečnika od centra).
[2] Gravitaciono istraživanje (GRAV) je osnovni zadatak misije, mada se u suštini radi o eksperimentu sa „običnim“ radio-odašiljačem. On će mapirati Jupiterovo gravitaciono polje uz pomoć Doplerovog pomaka telekomunikacionih signala sonde. GRAV poseduje specijalni hardver na sondi (KaTS, odn. Ka-Band Translator System), kao jedan i na Zemlji. On će preko glavne HGA antene da detektuje signale koji stižu sa antena DSN na Zemlji, a onda slati odgovor na precizan način, tako da će na kraju biti moguće odrediti brzinu „Junone“ sa greškom od samo 0,001 milimetar u sekundi!
Uređaje KaTS su zajedničkim snagama napravili JPL i Talijanska kosmička agencija (ASI).
[3] Možda nije baš najbolji prevod reči „fuzzy“, ali da objasnim koliko umem: po jednoj teoriji jezgro planete je jasno diferencirano, a po drugoj se koncentracija teških metala progresivno povećava kako se ide ka centru planete. Supstance koji čine nukleus – voda, silicijum-dioksid, magnezijum-oksid i gvožđe – rastvorljivi su u metalnom vodoniku, što sprečava pojavu unutrašnjih granica. Itd – komplikovana terotija...
[4] Još jedan komplikovan marifetluk, za čije razumevanje mora da se poznaje matiš. Harmonike sam pokušao da objasnim samo jednom, i posle samo prepisujem odatle. Koga interesuje neka proba da pročita ovde: Storija o misiji ’Junona’.
[5] Kamera u vidljivoj svetlosti: To je mala kamera/teleskop čiji je glavni zadatak da podiže interesovanje publike za misiju. Njena je reozulucija 3,5 km po pikselu na ekvatoru odn. 50 km na polovima, dok joj je vidno polje 58°. U principu, trebalo je da bude bazirana na kameri MARDI koja je snimala spuštanje Marsovog rovera „Curiosity“, ali je na kraju odlučeno da se napravi redizajn i iskoriste tehnologije MARDI-ja i jedne od kamera sa „Mars Reconnaissance Orbitera“. Kamera ima 3 kolor filtera i jedan za metan. Žižina daljina JunoCama je 11,7 mm.
Ne vodi se zvanično kao naučni instrument, a jedini razlog zbog koga je dodata sondi je politika Nase, koja zahteva da svaka međuplanetna sonda mora da ima makar nekakvu kameru koja će da pravi slike u vidljivom spektru. Konstruisana je da preživi zračenje najmanje 8 orbita, a kao i većinu optike napravila ju je kompanija „Malin Space Science System“.
Interesantno je da su Talijani još 2005. predlagali dodatnu laku kameru „ItaCam“, ali su umesto nje napravili blisko-infracrvenu kameru/spektrometar, JIRAM, i Ka-band transponder (KaTS), komponentu gravitacionog eksperimenta.
[6] Mikrotalasni radiometar (MWR) je drugi najvažniji instrument misije. On uz pomoć čak 6 radiometara osluškuje mikrotalasno zračenje iz dubina Jupitera (na talasnim dužinama od 1,3 do 50 cm), od površine oblaka do dubine od 550 km, gde vlada pritisak od ˃1000 atmosfera, i odrediti strukturu, kretanje i hemijski sastav. Svaki radiometar ima sopstvenu antenu, koje su montirane na dve stranice korpusa sonde, a merenja će vršiti na različitim dužinama, jedinim koje mogu da probiju tamošnju atmosferu. Najveća antena (ona od 600 MHz) zauzima čitavu jednu od šest bočnih stranica sonde, dok je antena od 22 GHz smeštena na gornju palubu sonde.
MWR omogućava merenje temperature i rasprostranjenost amonijaka i vode u Jupiterovoj atmosferi, glavnih sastojaka jovijanskih oblaka i, usput, proporcije kiseonika i azota otkrivenih na Jupiteru.
[7] Jupiterov infracrveni osmatrač aurora (između 2 i 5 mikrona) to radi uz pomoć spektrometra i kamere. U isto vreme, instrument proučava atmosferu do dubine od 50 do 70 km (pritisak od 5 do 7 atm) i pokušava da odgonetne prirodu vrelih zona u atmosferi poput one u koju je upala prethodna sonda „Galileo“.
Instrument koristi jedan teleskop (vidno polje 13,7°×13,7°) da bi i infra-kamera i spektrometar imali veću operativnu fleksibilnost. JIRAM je instaliran na glavnu palubu sa ostalim instrumentima uz pomoć 3 dvokraka nosača. Termalnu kontrolu obezbeđuju primarni i sekundarni radijator.
Napravila ga je Talijanska kosmička agencija (ASI) i isti je kao instrument NIMS (Near-Infrared Mapping Spectrometer) sa orbitera „Galileo“. Slične uređaje su imale i „Rosetta“, „Venus Express“ i „Cassini-Huygens“.
[8] Opet iz moje knjige: „...Kad bi smo sa Zemlje mogli golim okom da posmetramo njegovo magnetno polje, ono bi na nebu zahvatalo pet puta veću površinu od punog Meseca, uprkos ogromnoj daljini koja nas deli. Polje je 10 puta snažnije od Zemljinog i poseduje 20.000 puta veću energiju...“
[9] Detektorski instrument vezan za Jupiterove energetske čestice. Kako ime sugeriše, tri senzora proučavaju čestice najvećih energija (preko 8000 keV) koje putuju kroz planetnu magnetosferu izazivajući blještave Jupiterove aurore. Ta merenja dopunjavaju JADE opservacije. Vrlo sličan detektor, nazvan PEPSSI, nosi i sonda „New Horizons“.
[10] Eksperiment vezan za raspored Jupiterove aurore. Sadrži 4 senzora za studiranje naelektrisanih magnetosferskih čestica koje su odgovorne za stvaranje aurora, a koje u najvećem broju potiču iz Iovih vulkana (Io je Jupiterov mesec). Tri senzora su posvećena detekciji elektrona (sa energijama od 100 eV do 95 keV, i vidnim poljem od 360°×90°) a četvrti pozitivno naelektrisanim česticama (protonima, jezgrima helijuma, kiseonika, sumpora, itd. sa energijama od 10 eV do 46 keV). Čitava elektronika se nalazi unutar glavnog brodskog zaštitnog boksa.
[11] Ultraljubičasti spektrograf, mada ga nazivaju i ultraljubičastim imidžing spektrometrom, pošto “radi” na ultraljubičasti deo spektra, koji je kraći od vidljive svetlosti a duži od rendgenskog zračenja. Naročita mu je namena da posmatra aurore u rasponu od 68 do 210 nanometara, detektujući emisiju gasova poput vodonika u dalekom-ultraljubičastom spektru.
Instrument je podeljena na dve komponente: optički teleskop i elektronički modul. Ukupno, UVS je težak 21,5 kg i troši oko 12 W struje. Uz neke izmene, instrumenat je isti kao onaj koji je poleteo na “New Horizonsu” i na “Rosetti”. Glavna izmena sastoji se u oklopu koji štiti od Jupiterovog zračenja, tako da je uređaj makar 4 puta teži od svojih prethodnika.
, 
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
