Атмосфера Юпитера сильно удивила ученых

Миссия NASA Juno («Юнона») уже превзошла все возможные ожидания. Когда она прибыла на Юпитер в прошлом июле после пятилетнего путешествия, этот зонд стал самым далеким от Земли объектом, работающим на солнечных батареях, и также летел быстрее, чем любой другой объект, созданный людьми. Траектория полета зонда проходит ближе к грозовому газовому гиганту, чем любые аппараты, которые бывали там прежде. И это первый космический аппарат, который пройдет мимо таинственных полюсов Юпитера и выяснит, вопреки большинству предположений, что они синие и не имеют характерных для планеты полос.

В прошлом августе «Юнона» пролетела над Юпитером и собрала данные, которые ученые расшифровывали с тех пор. Сегодня было опубликовано две работы на тему юпитерианских сияний, атмосферы, магнитных и гравитационных полей. Атмосферная динамика Юпитера не только меньше, чем полагали, напоминает земную — она намного сложнее и переменчивее. Чтобы полностью понять Юпитер, одного зонда может быть крайне недостаточно. К счастью, «Юнона» хорошо справляется со своей работой.

Начать стоит с верхних слоев атмосферы и полярных сияний Юпитера. Ученые уже знали, что полярные сияния Юпитера делают привычное нам северное сияние тусклым мерцанием: они в сотни раз более энергичны и охватывают большую площадь, чем вся планета Земля. «Юнона» использует несколько инструментов для изучения энергетических частиц этих сияний и физики, которая управляет их динамикой. И если данные от первого сближения позволяют сделать определенные выводы, сияния Юпитера сильно отличаются от земных.

«Очень хочется интерпретировать увиденное на другой планете, основываясь на Земле», говорит Джек Коннерни, астрофизик Центра космических полетов им. Годдарда при NASA. «До последней недели в наших моделях сияний Юпитера электроны шли в неправильном направлении».

На Земле электроны магнитного поля планеты возбуждаются солнечным ветром, а затем направляются к полюсам, где влетают в другие атомы и молекулы, испуская при этом характерное свечение. На Юпитере, как обнаружили инструменты «Юноны», электроны в действительности возбуждаются, уходя из полярных областей.

Вдобавок к этому все указывает на то, что планетологи в целом неправильно оценивали атмосферную динамику Юпитера.

«Ученые считали, что основным источником энергии в атмосфере будет солнце», говорит Скотт Болтон, главный исследователь «Юноны» и ведущий автор другой работы. «Поэтому они предположили, что как только мы опустимся ниже солнечного света, частицы будут простыми и хорошо различимы».

Но все оказалось не так: частицы атмосферы Юпитера так же разнообразны и разлинованы, как и знаменитая полосатая внешность планеты. Особенно интересен экваториальный пояс аммиака, который простирается на сотни километров вниз к ядру планеты — насколько мог увидеть инструмент «Юноны». Исходя из самых актуальных моделей атмосферы Юпитера, так быть вообще не должно.

Особенно большой активностью отличились глубокие слои атмосферы Юпитера: магнитные и гравитационные поля, которые зонд планирует нанести на карту.

«Если бы Юпитер был просто большим и вращающимся газовым шаром, в его гравитационном поле не должно быть никаких странных гармоник», говорит Коннерни. Но гравитация Юпитера неоднородна, что может свидетельствовать о глубокой конвекции — перепады глубоко в Юпитере могут приводить к гравитационным флуктуациям так же, как перепады в атмосферном давлении меняют погоду на Земле. Магнитное поле Юпитера также оказалось более переменчивым географически, чем ожидали ученые.

Команда «Юноны» до сих пор не понимает, почему атмосфера Юпитера настолько неорганизованная, хотя Коннерни осмеливается предположить, что все флуктуации могут быть связаны с глубокой конвекцией, выраженной в гравитационном поле, которая также приводит к неравномерности магнитного поля. «Оглядываясь назад, мы задаемся вопросом, почему думали, что все будет просто и скучно», говорит Болтон.

Подробное понимание атмосферы Юпитера может помочь ученым понять некоторые из самых странных черт Земли. Болтон сравнивает экваториальный аммиак Юпитера с тропической зоной вокруг собственного экватора Земли. «Концепция, которую мы имеем на Земле, состоит в том, что полоса развивается, потому что у воздуха есть океан, от которого можно отскакивать», говорит Болтон. «Но у Юпитера нет, так почему там все выглядит так же? Возможно, мы не понимаем чего-то фундаментального в атмосфере. Возможно, наши предположения о Земле были ошибочны».

Ту же передачу информации можно применить к магнитному полю Земли, которое сложно изучать, потому что оно генерируется глубоко под земной корой и частично закрыто случайными отложениями железа. У Юпитера нет коры и никаких дополнительных магнитов для сбора данных. Мы впервые имеем возможность взглянуть на настоящее магнитное динамо. Может быть, нам следовало начать с Юпитера.

Все эти открытия бросают вызов нашему пониманию космоса — и не только из-за результатов. Обычно ученые сначала отправляют зонд на планету и вслед за ним — орбитальный аппарат, оборудованный всеми примочками для данных, которые будет собирать зонд. Наше представление о том, как устроены Юпитер и планеты-гиганты, которое появилось за последние несколько десятилетий, было чересчур простым.

И значит, нам нужно больше миссий в стиле «Юноны» — с большим количеством орбит, которые позволят составить полную карту планеты. Повезло, что этот зонд справился со своей задачей. То ли еще будет.