Крупнейшая планета Солнечной системы — одна из самых «посещаемых»: одни космические миссии использовали гравитацию Юпитера, чтобы отправиться в далекие путешествия по внешней Солнечной системы, другие — целенаправленно исследовали планету и ее спутники. «Хайтек» рассказывает о межпланетных космических аппаратах, которые исследовали газовый гигант.
14 апреля 2023 года Европейское космическое агентство запускает исследовательскую миссию Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) к Юпитеру. Автоматическая межпланетная станция пройдет долгое путешествие длиной почти в восемь лет, прежде чем начать исследовать крупнейшую планету Солнечной системы и ее ледяные спутники.
JUICE будет не первым исследовательским аппаратом, который приблизится к газовому гиганту: восемь межпланетных станций приближались к Юпитеру в прошлом, а зонд НАСА «Юнона» исследует планету прямо сейчас. Некоторые из них использовали газовый гигант только в качестве промежуточной «остановки», чтобы с помощью его гравитации получить ускорение и выйти на заданную орбиту, чтобы выйти на далекие окраины Солнечной системы и за ее пределы. Другие — целенаправленно изучали саму планету и его многочисленные спутники.
Мимолетные странники, летящие вдаль, и их открытия
Два корабля близнеца, разработанные НАСА, «Пионер-10» и «Пионер-11» стали первыми искусственными аппаратами, которые вышли за пределы пояса астероида и приблизились к крупнейшей планете Солнечной системы. Хотя миссии стартовали с разницей примерно в год и двигались по разным траекториям, вместе они совершили ряд исторических подвигов.
«Пионер-10» был запущен 2 марта 1972 года с амбициозной миссией по изучению пояса астероидов, атмосферы Юпитера и внешней Солнечной системы. Примерно через полтора года после запуска он достиг Юпитера. При максимальном сближении 4 декабря 1973 года он пролетел на расстоянии 132 тыс. км от облаков Юпитера.
«Пионер-10» сделал первые подробные снимки газового гиганта крупным планом и провел наблюдения за его радиационными поясами, магнитным полем и многим другим. Закончив свою основную миссию, зонд направился к звезде Альдебаран, которой он, как ожидается, достигнет примерно через 2 млн лет.
Запущенный примерно через год после своего предшественника, «Пионер-11» пролетел через пояс астероидов в 1974 году. Он нуждался в помощи гравитации Юпитера, чтобы достичь Сатурна: 2 декабря межпланетная станция прошла на расстоянии около 42,8 тыс. км от кромки облаков планеты. В результате этой части миссии он сделал снимки полярных регионов Юпитера и его спутников.
Следующими «туристами», посетившими газовый гигант, стали два зонда-«близнеца» «Вояджеры». «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года, через две недели за ним последовал «Вояджер-1». Последний обогнал своего «близнеца», пролетел мимо Юпитера в марте 1979 года и сделал более 18 тыс. снимков газового гиганта и его спутников. Второй зонд, который достиг Юпитера на четыре месяца позже, позволили исследователям сравнить как меняется облик планеты.
Исследование показало, как движется и развивается атмосфера планеты. Среди прочего «Вояджеры» впервые показали, что Большое красное пятно — вращающийся против часовой стрелки шторм, который взаимодействовал с другими, меньшими штормами. Кроме того, спутники обнаружили слабое пылевое кольцо, окружающее планету, и несколько ранее неизвестных спутников, открыли действующие вулканы на Ио и впервые показали линейные разломы на поверхности Европы — первый признак скрытого океана.
В 1992 году мимо Юпитера пролетел космический аппарат «Улисс». Основная миссия этого спутника состояла в исследовании Солнца. Но, чтобы выйти за пределы плоскости эклиптики (плоскости, в которой движутся планеты) и рассмотреть полярные области звезды, зонд также использовал гравитацию крупнейшей планеты. Во время облета планеты приборам спутникам удалось измерить и уточнить форму и размеры магнитосферы Юпитера.
Зонд «Кассини-Гюйгенс» — совместный проект НАСА, Европейского и Итальянского космических агентств — наиболее известен своим исследованием Сатурна: более 10 лет он кружил на орбите планеты. Но по пути к месту исследований этому аппарату также удалось изучить Юпитер. Камеры межпланетной станции с высоким разрешением сделали 26 тыс. изображений атмосферы Юпитера за несколько месяцев пролета. Эти фотографии помогли ученым пересмотреть свое понимание красных и белых полос газа вокруг планеты.
Последним пролетающим мимо Юпитера зондом стал «Новые горизонты». Посещение газового гиганта в 2007 году было важной частью миссии корабля, поскольку гравитация этой планеты должна была помочь направить его к Плутону. Во время пятимесячного пролета «Новые горизонты» уточнил расчеты орбит внутренних спутников Юпитера и впервые вблизи сделал первые фотографии Маленького Красного Пятна.
Галилео — первый на орбите Юпитера
Четыре космических аппарата («Пионеры» и «Вояджеры») посещали Юпитер до него, но «Галилео» стал первым зондом, который целенаправленно вышел на орбиту газового гиганта. Он стартовал 18 октября 1989 года и достиг крупнейшей планеты в декабре 1995 года.
Находясь на орбите, «Галилео» сбросил атмосферный зонд, который первым взял пробу атмосферы газовой планеты. Он измерял температуру, давление, химический состав, характеристики облаков, изучал солнечный свет, молнии и внутреннюю энергию планеты. За 58 минут работы зонд проник на 200 км в бурную атмосферу Юпитера, прежде чем был раздавлен, расплавлен или испарен из-за сильного давления и температуры.
По воле случая именно «Галилео» в первый раз наблюдал за столкновением кометы с планетой, когда Шумейкер-Леви 9 столкнулся с Юпитером. Кроме того, за 14 лет работы на орбите планеты космический аппарат открыл интенсивный радиационный пояс над вершинами облаков Юпитера, гелий примерно в той же концентрации, что и на Солнце, наличие соленого океана под поверхностью Европы, а также собрал данные о железном ядре и магнитном поле на Ганимеде.
21 сентября 2003 года, когда у Галилео почти закончилось топливо, НАСА преднамеренно отправило космический корабль на самоубийственную «посадку». Зонд сгорел в атмосфере Юпитера, чтобы защитить Европу, в океане которого, как полагают ученые, может скрываться жизнь.
«Юнона» изучает глубины атмосферы
Миссия «Юнона» — всего лишь второй космический аппарат, посвященный изучению самой большой планеты Солнечной системы. Он был запущен НАСА 5 августа 2011 года, прибыл к Юпитеру в июле 2016 года и до сих пор продолжает работать.
Основная цель «Юноны» — узнать больше о происхождении Юпитера и о том, как меняется планета со временем. За время своего пребывания на Юпитере автоматическая станция заглянула в глубины атмосферы газового гиганта. Сильные бури на планете кажутся более хаотичными и непреодолимыми, чем считалось ранее: например, космический корабль обнаружил группу циклонов и антициклонов на северном полюсе Юпитера, некоторые из которых по размеру превышают Землю.
Хотя «Юнона» не может наблюдать ядро Юпитера напрямую, космический корабль предоставил ученым доказательства того, что ядро планеты крупнее и «более нечеткое», чем считалось ранее. Исследователи полагают, что газовый гигант имеет «нечеткое» ядро, а не маленький твердый центр.
«Юнона» также обнаружила несколько видов молний на Юпитере, что дало ученым новое представление об атмосфере планеты. Выводы, сделанные на основе собранных данных, предполагают, что погода на Юпитере в некоторых случаях радикально отличается от земной. Например, на нашей планете большая часть молний исходит от водяных облаков. Но «Юнона» обнаружила, что по крайней мере один тип молний формируется высоко в атмосфере Юпитера, где температура слишком низкая для воды. Возможно, они возникают из-за столкновения кристаллов льда и аммиака.
Первоначальная миссия «Юноны» закончилась в 2021 году, но НАСА продлило ее до 2025 года. За это время космический корабль внимательнее исследует Ганимед, Европу и Ио.
JUICE — первый зонд на орбите спутника
Несмотря на многочисленные исследования, многие вопросы о Юпитере и его спутниках остаются без ответа, особенно те, которые касаются возможности существования жизни в океанах, скрытых подо льдом. Возможно, JUICE сможет ответить на некоторые из них.
Путешествие зонда к Юпитеру продлится 7,5 лет и будет включать в себя три возвращения к Земле: корабль будет использовать гравитацию нашей планеты и один облет Венеры, чтобы скорректировать траекторию движения и выйти на орбиту вокруг газового гиганта в декабре 2031 года.
По плану, он проведет три года на орбите планеты, совершив близкие облеты трех ее основных спутников: Европы, Ганимеда и Каллисто. После чего выйдет на орбиту вокруг крупнейшего спутника Ганимеда, став первым искусственным аппаратом на орбите спутника, отличного от Луны.
JUICE совершит только два облета Европы, пролетев на расстоянии около 400 км над поверхностью спутника. Он расположен слишком близко к Юпитеру и здесь космический корабль не сможет оставаться слишком долго. После этого он выполнит 21 облет самой дальней из четырех основных лун, Каллисто, приблизившись на расстояние 200 км от ее поверхности. Завершится миссия выходом на стабильную орбиту вокруг Ганимеда.
На JUICE установлено 10 научных инструментов, которые помогут ученым проанализировать спутники Юпитера и их потенциал для жизни. Среди них есть камеры, датчики для анализа химического состава ледяной корки лун и их окружающей среды, магнитометры и радары, которые создадут подробные карты поверхности спутников и впервые заглянут под них.
Миссия должна была быть запущена с космодрома во Французской Гвиане 13 апреля 2023 года в 15:15 по московскому времени. Но из-за погодных условий старт был перенесен на один день: вторая попытка назначена на 14 апреля в 15:14. ЕКА начнет прямую трансляцию запуска в 14:45.
Читать далее:
Ученые изучили сверхяркий объект, который нарушает закон физики
«Море» кварков внутри одного протона: из чего состоит элементарная частица
Посмотрите на карту Марса с самым высоким разрешением: 110 000 кадров и 5,7 трлн пикселей
На обложке: художественная иллюстрация миссии JUICE. Изображение: ESA/ATG medialab (космический корабль); NASA/ESA/J. Nichols (Юпитер); NASA/JPL (Ганимед); NASA/JPL/University of Arizona (Ио); NASA/JPL/DLR (Каллисто и Европа)
Обновление 13.04.2023: указана новая дата запуска