В течение многих столетий астрономы наблюдали за вращающейся поверхностью Юпитера и были поражены и озадачены ее появлением. Тайна только углубилась, когда в 1995 году Галилео Космический корабль достиг Юпитера и начал углубленно изучать его атмосферу. С тех пор астрономы ломают голову над его цветными полосами и задаются вопросом, являются ли они поверхностным явлением или чем-то более глубоким.
Благодаря Юнона Космический корабль, который вращается вокруг Юпитера с июля 2016 года, ученые теперь гораздо ближе к ответу на этот вопрос. На прошлой неделе три новых исследования были опубликованы на основе Юнона данные, которые представили новые данные о магнитном поле Юпитера, его внутреннем вращении и глубине его поясов. Все эти результаты пересматривают взгляды ученых на атмосферу Юпитера и его внутренние слои.
Исследования назывались «Измерение асимметричного гравитационного поля Юпитера», «Струи атмосферных струй Юпитера простираются на тысячи километров» и «Подавление дифференциального вращения в глубине Юпитера», все из которых были опубликованы в Природа 7 марта 2018 года. Исследования проводились профессором Лучано Иессом из Римского университета Сапиенца, вторым - профессор Йохай Каспи и доктор Эли Галанти из Научного института Вейцмана, а третий - профессор Тристан Гийо из Обсерватория Лазурного Берега.
Исследовательские усилия возглавлялись профессором Каспи и доктором Галанти, которые, помимо того, что были ведущими авторами второго исследования, были соавторами двух других. Пара готовилась к этому анализу еще до Юнона запущенный в 2011 году, в течение которого они создали математические инструменты для анализа данных гравитационного поля и лучшего понимания атмосферы Юпитера и его динамики.
Все три исследования были основаны на данных, собранных Юнона так как он переходил от одного полюса Юпитера к другому каждые 53 дня - маневр, известный как «перижове». С каждым проходом зонд использовал свой передовой набор инструментов, чтобы заглянуть под поверхностные слои атмосферы. Кроме того, были измерены радиоволны, испускаемые зондом, чтобы определить, как они смещаются под действием гравитационного поля планеты с каждой орбиты.
Как уже давно поняли астрономы, струи Юпитера текут полосами с востока на запад и с запада на восток. При этом они нарушают равномерное распределение массы на планете. Измеряя изменения в гравитационном поле планеты (и, следовательно, этот дисбаланс массы), аналитические инструменты доктора Каспи и доктора Галанти смогли рассчитать, насколько глубоко штормы распространяются под поверхностью и какова их внутренняя динамика.
Прежде всего, команда ожидала найти аномалии из-за того, как планета отклоняется от идеальной сферы - что связано с тем, что ее быстрое вращение слегка сдавливает ее. Тем не менее, они также искали дополнительные аномалии, которые можно объяснить из-за присутствия мощных ветров в атмосфере.
В первом исследовании доктор Иесс и его коллеги использовали точное доплеровское отслеживание Юнона космический аппарат для измерения гравитационных гармоник Юпитера - как четных, так и нечетных. Они определили, что магнитное поле Юпитера имеет асимметрию север-юг, что указывает на внутренние потоки в атмосфере.
Анализ этой асимметрии был продолжен во втором исследовании, где доктор Каспи, доктор Галанти и их коллеги использовали вариации гравитационного поля планеты для расчета глубины струйных потоков Юпитера с востока на запад. Измеряя, как эти джеты вызывают дисбаланс в гравитационном поле Юпитера и даже разрушают массу планеты, они пришли к выводу, что они простираются на глубину 3000 км (1864 мили).
Исходя из всего этого, профессор Гийо и его коллеги провели третье исследование, в котором они использовали предыдущие данные о гравитационном поле планеты и струйных потоках и сравнили результаты с предсказаниями внутренних моделей. Исходя из этого, они определили, что внутренняя часть планеты вращается почти как твердое тело и что дифференциальное вращение уменьшается все дальше вниз.
Кроме того, они обнаружили, что зоны атмосферного потока простираются на глубину от 2000 км (1243 миль) до 3500 км (2175 миль), что согласуется с ограничениями, полученными из нечетных гравитационных гармоник. Эта глубина также соответствует точке, где электропроводность станет достаточно большой, чтобы магнитное сопротивление подавляло дифференциальное вращение.
На основании полученных результатов команда также рассчитала, что атмосфера Юпитера составляет 1% от его общей массы. Для сравнения, атмосфера Земли составляет менее одной миллионной своей общей массы. Однако, как объяснил доктор Каспи в пресс-релизе Института Вейцмана, это было довольно удивительно:
«Это гораздо больше, чем кто-либо думал, и больше, чем то, что было известно с других планет Солнечной системы. Это в основном масса, равная трем Землям, движущимся со скоростью десятков метров в секунду ».
В целом, эти исследования пролили новый свет на динамику атмосферы Юпитера и внутреннюю структуру. В настоящее время вопрос о том, что находится в ядре Юпитера, остается нерешенным. Но исследователи надеются проанализировать дальнейшие измерения, сделанные Юнона чтобы увидеть, имеет ли Юпитер твердое ядро и (если так) определить его массу. Это, в свою очередь, поможет астрономам многое узнать об истории и формировании Солнечной системы.
Кроме того, Каспи и Галанти надеются использовать некоторые из тех методов, которые они разработали, чтобы охарактеризовать струйные потоки Юпитера для решения его самой знаковой особенности - Большого красного пятна Юпитера. В дополнение к определению глубины распространения этого шторма, они также надеются узнать, почему этот шторм продолжался в течение стольких веков и почему в последние годы он заметно сокращается.
Ожидается, что миссия Juno будет завершена в июле 2018 года. За исключением каких-либо расширений, зонд проведет контролируемый дебит в атмосферу Юпитера после проведения перижове 14. Однако даже после завершения миссии ученые будут анализировать собранные данные. на долгие годы. То, что это говорит о самой большой планете Солнечной системы, также будет иметь большое значение для понимания понимания Солнечной системы.
