Загадка воды на Юпитере: "Юнона" в поиске ответов⁠⁠

Миссия NASA «Юнона» представила первые данные, которые характеризуют количество воды в атмосфере Юпитера. Опубликованные в журнале Nature Astronomy результаты показывают, что в экваториальной области гиганта 0,25% всех молекул атмосферы являются молекулами воды. Этот показатель почти в три раза больше, чем у Солнца.

Аппарат «Юнона» получил первые данные о наличии воды на Юпитере со времён зонда «Галилео» (1995 год). Исследования последнего предполагали, что Юпитер должен являться очень «сухой» планетой по сравнению с Солнцем (правда само сравнение проводилось по косвенным признакам – наличию в атмосферах этих тел водорода и кислорода, а не непосредственно воды).

[«Юнона» сделала этот снимок Юпитера 1 сентября 2017 года. Для получения фотографии использовался прибор JunoCam. Здесь планета-гигант запечатлена “на боку”]

Учёные десятилетиями мечтали о том, чтобы узнать точную оценку количества воды атмосфере Юпитера. Эти цифры являются одним из важнейших кирпичиков в вопросе происхождении Солнечной системы. Ибо, по всей видимости, Юпитер был первой сформировавшейся в ней планетой. И он содержит большую часть того газа и пыли, которые не были задействованы в формировании Солнца.

Ведущие теории образования самой большой планеты Солнечной системы опираются на то количество воды, которое она могла в себя впитать. Избыток воды мог оказать влияние на метеорологию Юпитера (т.е. на формирование ветровых потоков), а также его внутреннюю структуру.

[Ещё один снимок JunoCam. На нём видны густые белые облака в экваториальной области Юпитера. В микроволновом диапазоне частот эти облака прозрачны. Что позволяет микроволновому радиометру «Юноны» измерять количество воды в глубоких слоях атмосферы гиганта. Изображение было получено во время пролёта 16 декабря 2017 года]

Обнаруженные аппаратом «Вояджер-1» молнии (явления, которым способствует наличие влаги) косвенно свидетельствовали о присутствии воды в атмосфере гиганта. Но на то время её количество не поддавалось оценке.

В декабре 1995 года спускаемый аппарат «Галилео» (Galileo Probe) совершил вход в атмосферу Юпитера. Он смог проработать в течение 57 минут. За это время зонд погрузился в газовую оболочку гиганта на 120 километров, где давление составляло порядка 22 бар, и смог передать спектрографические данные о количестве воды в атмосфере. Результаты встревожили учёных: воды оказалось в десять раз меньше, чем предсказывалось!

И это не единственное, что насторожило исследователей. Данные с «Галилео» показывали, что количество воды продолжало увеличиваться там, где оно увеличиваться не должно. Потому что на той глубине, которой достиг аппарат, атмосфера (как полагали учёные) должна быть довольно однородной. А в такой атмосфере содержание воды будет примерно постоянным. И скорее всего будет равно среднему количеству воды в атмосфере всей планеты. Но газовая оболочка Юпитера вела себя иначе. Благо исследователи пронаблюдали вхождение аппарата в инфракрасном диапазоне с помощью наземного телескопа. Результаты показали, что, скорее всего, миссия была неудачной: Galileo Probe попал прямо в тёплое и необычно сухое метеорологическое пятно Юпитера.

Как только мы полагаем, что узнали нечто новое, Юпитер всё время напоминает нам о том, как много на самом деле нам ещё предстоит узнать. Удивительное открытие «Юноны», показавшее нам, что атмосфера Юпитера неоднородна даже на относительно большой глубине, является загадкой, которую мы всё ещё пытаемся разгадать. Никто и подумать не мог, что количество воды в разных местах планеты может меняться настолько сильно. - Скотт Болтон, ведущий исследователь миссии «Юнона» из Юго-западного исследовательского института Сан-Антонио

Измерения воды через наблюдения

Космический аппарат Juno («Юнона») был запущен в 2011 году. Одной из его целей является поиск следов воды в атмосфере Юпитера. На зонде установлен прибор под названием MWR (микроволновой радиометр). Он позволяет наблюдать за Юпитером «сверху» с использованием шести антенн, которые измеряют температуру газов на разных глубинах в атмосфере. Поглощающие определенные длины волн микроволнового излучения вода и аммиак хорошо распознаются этим прибором даже на относительно большой глубине.

[«Юнона» в ожидании запуска. Аппарат находится под обтекателем ракеты-носителя Atlas V ]

Команда «Юноны» использовала для получения результатов данные, собранные в ходе первых восьми пролётов около Юпитера. Первоначально исследователи сконцентрировали своё внимание на экваториальной области – там атмосфера выглядит более однородной, чем в других областях планеты. Благодаря своему положению, радиометр «Юноны» смог «проникнуть» на большую глубину, чем зонд «Галилео»: уже на 150 километров.

Мы обнаружили, что в экваториальной области Юпитера воды гораздо больше, чем показал нам «Галилео». И поскольку эта область этой планеты по-своему уникальна, нам всё же необходимо сравнить оценки количества воды в ней с количеством воды в других регионах. - Чэн Ли, научный сотрудник миссии «Юнона» из Калифорнийского университета в Бёркли

На север

17 февраля произошёл 24-й пролёт «Юноны» вокруг Юпитера. Следующий состоится уже 10 апреля.

Имеющая период в 53 дня орбита «Юноны» с каждым новым пролётом аппарата вокруг Юпитера постепенно смещается к его северному полушарию. Исследователи хотят посмотреть, как содержание воды в атмосфере гиганта меняется в зависимости от широты и региона. А также узнать, что сможет сказать о наличии воды богатый циклонами полярный регион планеты. Скотт Болтон отмечает:

Каждый новый пролёт приносит новые открытия. С Юпитером не заскучаешь. «Юнона» дала нам понять одно: для проверки наших теорий нам нужно подобраться как можно ближе к планете.

ссылка 1, 2, 3