Pošto sam čitav decembar posvetio Uranu i Neptunu, iz Nase mi je stigao mig da postoje i druge planete. Naravno, šalim se, ali ipak ću da ispravim nepravdu i da kažem danas nešto i o Jupiteru. Srećom, tamo imamo insajdera – višetonsku sondu 'Junonu'(rođaku slavnog 'New Horizonsa'), koja istražuje Jupiter već 3,5 godine. Šta nam je ova milijardu dolara[1] teška sonda došapnula do sada?
Velika crvena pega snimljena kamerom JunoCam 12. februara 2019.
Sonda 'Junona' – ili kako je neki tamo zovu 'Juno' – uči nas da je Jupiter potpuno drugačiji nego što smo donedavno mislili. Otkako je stigla na Jupiter u julu 2016, ova Nasina misija nam je pokazala da zapravo nismo imali pojma kakva je najveća planeta u Sunčevom sistemu. 'Junona' nije uspela da se smesti u svoju očekivanu orbitu[2], koja je trebala da ima period od 14 dana, zbog problema s glavnim motorom, i ostala je nasukana u srednjoj orbiti[3], s periodom od 53,4 dana. Iako je u početku ovaj neuspeh pretio ozbiljnim narušavanjem naučnog programa projekta, 'Junonin' tim iz JPL-a je uspeo da ponovo isplanira misiju kako bi izvukli maksimum iz novonastale situacije[4].
Senka jednog od satelita, Ije, na površini oblaka planete. Ija je prosečno udaljena 421.700 km od središta planete. Slika kao da je iz nekog SF filma!
Jedan od nedostataka nove orbite je taj što je sonda trebala da 3. novembra ove godine prođe kroz Jupiterovu senku. 'Junona' je prva sonda koja proučava Jupiter[5] a da je opremljena solarnim panelima, i prelazeći kroz senku jovijanskog diva pretpostavilo se da bi pomračenje u trajanju od 12 sati bilo predugo za brodske akumulatore. Stoga je odlučeno da se prolazak kroz senku izbegne uključivanjem sekundarnih motora – imaj na umu da je glavni pokvaren[6] – proces koji je zahtevao više paljenja u roku od 10 sati, jer je trebalo nakratko uključivati trastere u pravo vreme dok se letilica okreće oko svoje ose (u konačnoj naučnoj orbiti 'Junona' je takođe doživela pomračenja, ali kraće i, stoga, brže je izlazila iz njega).
Problematično pomračenje 3. novembra je izbegnuto korišćenjem brodskih trastera.
'Junonin' glavni cilj je da utvrdi kakav je zapravo Jupiter iznutra. Jovijanski gigant ima veću masu od svih ostalih planeta Sunčevog sistema zajedno (zapravo, 2,5 puta veću masu), a poznavanje procesa njegovog nastanka umnogome bi pomogao u razumevanju funkcionisanja našeg sistema. Pre 'Junone', postojala su dva glavna modela koja su objašnjavala unutrašnjost Jupitera. Klasični model je upućivao na slojevitu građu, sa kamenim jezgrom u sredini, dok su noviji modeli sugerisali da Jupiter možda nema jezgro. Prvi model je podrazumevao da je Jupiter nastao polaganom akumulacijom planetezimala, dok je drugi ukazivao na formiranje vrlo brzim gravitacionim kolapsom (kraćim od milion godina). Odnosno, ako bi drugi model bio istinit, Jupiter se pre oblikovao kao zvezde nego kao kamenita planeta. Koji od ta dva modela je prema 'Junoni'ispravan? Pa, saprajz, saprajz... ni jedan ni drugi. 'Junonina' gravitaciona merenja su omogućila potvrdu da Jupiter ima 'nedefinisano jezgro' koje nije u skladu ni s jednim prethodnim modelom. Ne znamo kako je stvorena ta neobična dispozicija, ali jedna od hipoteza je da je Jupiter nedugo nakon formiranja pretrpeo sudar sa protoplanetom od najmanje deset Zemljinih masa, 'brišući' originalnu građu koju je planeta imala i obdarivši je jezgrom bez definisanih ivica.
Levo je tradicionalni model Jupiterove unutrašnjosti, kakav smo predstavili i u našoj enciklopediji, u poglavlju o planetama. Desno je trenutni model baziran na 'Junoninim' podacima:
Jupiter ima 'nejasno jezgro'.
Hipoteza sudara Jupitera sa protoplanetom koja bi mogla da objasni nedefinisano jezgro.
Dok istraživači pokušavaju da razjasne misterije unutar Jupitera, drugi veliki izvor iznenađenja predstavlja talijanski instrument JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper), koji je sposoban da promatra mikrotalasno zračenje koje emituje planeta, i stoga nam omogućava da vidimo kroz različite slojeve oblaka koji čine vidljivu 'površinu' Jupitera do dubine od oko 70 km. Za razliku od prethodnih kosmičkih misija, 'Junona' je uspela da jasno prouči Jupiterove polove. Iznenađenje je predstavljalo otkriće da Jupiterovim južnim polom dominira petougaona struktura od 5 ciklona koji okružuju središnji ciklon. Ova struktura je bila u kontrastu s poznatim šestougaonikom na severnom polu Saturna, sve dok se pre manje od mesec dana jedna od ciklonskih oluja nije pridružila pentagonu i sada imamo, zaista, šestougao ciklona. Numerički modeli su uspeli da imitiraju stvaranje ovih tajanstvenih struktura, ali još uvek ne znamo baš dobro zašto su uopće nastale ili zašto Saturnu nedostaju tako velike ciklonske strukture na polovima.
Petougao na južnom polu Jupitera snimljen JIRAM-om. Vide se oblačne strukture planete na velikim dubinama. Žute zone predstavljaju vrele oblake vodonik-sulfida amonijaka (NH₄HS). Tamne zone su hladni oblaci amonijaka koji leže iznad njih.
Novonastali šestougaonik na južnom polu. Predstavljena je silueta Teksasa (Srbija je 8 puta manja).
Šestougaonik na južnom polu vidljiv na mozaiku slika JunoCama od 3. novembra
Otkriveno je da je kamera JunoCam, dodata sondi u poslednjem trenutku kako bi se udovoljilo javnom mišljenju, veličanstven naučni instrument koji omogućava dopunjavanje merenjima JIRAM-a u vidljivom spektru. JunoCam je takođe omogućila snimanje složene trodimenzionalne građe tri osnovna sloja oblaka (gornji sloj belih oblaka amonijaka, naredni središnji smeđih oblaka vodonik-sulfida amonijaka i donji vodeni oblak). Slike atmosfere u kojoj možemo da vidimo sve vrste turbulencija, pa čak i pojedinačne oblaka jednostavno su neverovatne. (Dule kaže da ga čak podsećaju na Van Goga!) Treba naglasiti da ne znamo tačno koji se oblaci vide na slikama, posebno one s više narandžasre boje (troslojna struktura je teorijsko pojednostavljenje, ali nemamo empirijsku potvrdu i očito je da je stvarnost mnogo složenija).
Grupa – moguće – visokih amonijačkih oblaka koji se uzdižu iznad ostalih slojeva, snimljeni 29. maja 2019.
Atmosferski vrtlog snimljen 3. novembra.
Različite strukture koje formiraju talasi u gornjim slojevima Jupiterovih oblaka.
'Bela mrlja Z' na slici od 21. jula.
Još jedno veliko 'Junonino' otkriće je bila potvrda da Jupiterova atmosfera uopšte nije homogena. Jedna od paradigmi prvih Jupiterovih modela bila je da je sastav atmosfere isti na čitavoj planeti u sloju debelom dva bara. Ali nije tako. Gotovo sve površinske strukture koje vidimo, počevši od poznatih Jupiterovih pojaseva i traka, imaju svoje korene hiljadama kilometara ispod površine – na Jupiteru, gde nema čvrste površine, merenje visine je u srazmeri sa atmosferskim pritiskom. Ne nastavljajući dalje, poznata Velika crvena mrlja je vrlo duboka struktura, čiji koreni dosežu do dubine od 300 bara pritiska. Ova činjenica sama po sebi možda nije iznenađujuća – iako su do pre nekoliko godina postojali modeli koji su sugerisali da je reč o plitkoj tvorevini – uzimajući u obzir veličinu i trajanje ovog ogromnog područja visokog pritiska[7], ali šta je s drugim ciklonima i anticiklonima. Mali takođe dosežu sličnu dubinu. Zašto? Ne znamo…
Jupiterova unutrašnja struktura na otprilike 50° širine. Žuto predstavljaju zone sa najvećom koncentracijom amonijaka. Jovijanska atmosfera je sve sem homogena.
Vidljive zone i trake se produbljuju do velikih dubina.
'Junona' je izmerila količinu vode prisutne u jovijanskoj atmosferi i dokazala da je ona 6 puta veća od solarnog proseka. Ovaj rezultat je u suprotnosti s rezultatima atmosferske sonde[8] misije 'Galileo', za koju je Jupiter bio više 'suv' nego što se očekivalo. Danas znamo da je 'Galileova' sonda upala u nereprezentativno područje planete. Rezultati 'Junone' se poklapaju s modelima koji sugerišu formiranje planete bliže Suncu, mada još uvek moramo da sačekamo i vidimo koliko se drugi rezultati uklapaju.
Tanki trodelni Jupiterov prsten snimljen iznutra.
Sledeće iznenađenje je predstavljalo magnetno polje. Daleko od gotovo savršenog dipola kako se očekivalo, jovijanska magnetosfera, najveća i najintenzivnija u Sunčevom sistemu, pokazuje područja koja jasno odstupaju od dipola, kao što je to slučaj u području pod nazivom Velika plava tačka, područje u blizini ekvatora s negativnom polari-zovanošću (očito mu nedostaje boja i nema veze, kao što znamo, s Velikom crvenom mrljom). Slično tome, jovijanske aurore stvaraju mehanizmi koji nemaju veze sa zemaljskim mehanizmima i koji još nisu u potpunosti shvaćeni.
Jupiterova magnetosfera nije savršen dipol i poseduje mnoge nepravilnosti. Proteže se oko 7 mil. km u pravcu Sunca i sa druge strane skroz tamo do Saturnove orbite.
Pokušao sam da ukapiram šta predstavlja Velika plava tačka, ali nema šanse...
Kompleksne strukture Jupiterove polarne svetlosti, ili kako se to kaže 'aurora'.
Danas se svi slažu da su pojave aurora blisko povezane sa uticajem satelita Ije (i njegovih sumpor-dioksidnih vulkana) na Jupiterovo magnetno polje.
Iako 'Junona' nije bila osmišljena za proučavanje Jupiterovih satelita, instrument JIRAM je načinio odlične slike 'vrućih zona' na Galilejevim satelitima, ističući fotografije Ije na kojima se mogu videti brojni vulkani. Zapravo, 'Junonin' tim razmatra promenu orbite sonde ako se odobri produženje njenog rada, radi boljeg promatranja satelita. 2021. završiće se primarna misija 'Junone' i, ako sve pođe dobro, nastaviće da radi još mnogo godina – iako svaki prolazak kroz perijovije znači primanje vrlo intenzivnih doza zračenja koje postupno degradira brodsku elektroniku – tako da će, gotovo sigurno, NASA odobriti produžetak misije radi nastavka razotkrivanja misterija najveće planete Sunčevog sistema.
Vulkani na Iji kako ih je zabeležio infracrveni spektrometar JIRAM.
Ostali Galilejevi sateliti snimljeni JIRAM-om.
[1] 'Ko o čemu, baba o uštipcima', te tako i ja. Neke stvari mi ne daju mira. Trump je OPET povećao budžet za vojsku – sledeće godine će imati na raspolaganju \(739 milijardi! Povećanje za 2020. je zvanično \)22 milijarde, cifra o kojoj NASA može samo da sanja. Ako kažem da Kina troši za vojsku oko \(250 mld. a Rusija oko \)65 mld. dok čitav svet UKUPNO recimo oko $300 mld, jasno je da smo kao planeta jednom nogom na kori od banane, kako to kažu u Americi. 'Junona' i 'New Horizons' ZAJEDNO koštaju manje nego što Pentagon svakog dana potroši do ručka!
[2] O čitavoj ovoj misiji do sada sam napisao nekoliko jako lepih i poučnih priča: 'Storija o misiji Junona' (e-knjiga koju je Zorkić vrhunski tehnički odradio), 'Junona istražila Jupiterovu veliku crvenu pegu do dubine od 200 milja' itd.
[3] Eliptična polarna orbita (nagib 90°) ima dimenzije 4200×8,1 mil. km, daleko iza Kalistove orbite.
[4] Da bi istražio neku planetu sa orbite, brod mora, logično, da priđe što bliže. Međutim, na velikoj blizini Jupiter je ubitačan zbog ogromnog magnetnog zračenja, pa se zato primenjuje 'trik': sonda kruži po elipsi a najveći broj istraživanja obavlja se samo u perijovu, tački na trajektoriji kada je sonda najbliža planeti. Prvi takav prolet kroz perijov desio se 27. 8. 2016. a sledeći 14. 10. 2016. Prvobitno je bilo planirano da će do kraja misije (do leta 2021.) biti izvedeno 37 proletanja pored Jupitera. Do kraja budžetskog plana u leto 2018, 'Junona' je izvršila samo 12 naučnih orbita. Mislim da će do kraja ove godine biti izvedena 24 proletanja pored planete.
[5] Sonda ima najveće solarne panele koji su do sada lansirani u međuplanetnu misiju, a zadatak im je da daju struju i učestvuju u stabilizaciji letilice.
Preko 18.000 solarnih ćelija raspoređeno je u 11 panela, po četiri u dva krila teška po 115 kg. Treće krilo ima 3 panela, a na mestu četvrtog montiran je brodski magnetometar. Paneli primaju samo 4% Sunčeve svetlosti koju primaju sateliti u Zemljinoj orbiti.
Inženjeri su pričali da će im na Jupiteru biti dovoljno 405 W (na kraju je ipak bilo 486 W, ali je vremenom usled oštećenja zračenjem to palo na 420 W), što inače nije dovoljno ni za rad fena za kosu. Od tih 405 W, oko polovine odlazi na grejanje sonde. Druga polovina, negde oko 250 W, pokreće sve instrumente i avioniku.
[6] U funkciji glavnog pogona bio je hipergolični motor LEROS 1b englenskog proizvođača 'Moog Inc'. Sagorevao je hidrazin i azotni tetroksid i stvarao potisak od 645 njutna. Za kontrolu orijentacije i korigovanje trajektorije koristi se 12 monopropelantnih trastera grupisanih u 4 modula.
[7] Kada je R. Huk prvi put studirao planetu 1664. fleka je već bila tamo.
[8] Sonda (339 kg) odbačena je u leto 1995, 5 meseci pre ulaska 'Galilea' u orbitu. Sonda je uletela u oblake brzinom od 175.000 km/h, a termo-štit se zagrejao na preko 15.500°C. Uspela je da 57,6 minuta šalje unikatne podatke o uslovima i sastavu atmosfere i da zađe do dubine od 156 km. Nažalost, kasniji snimci i analize su pokazale da je sonda igrom sudbine uletela u potpuno nekarakterističnu pukotinu u oblacima, tako da su i rezultati bili takvi.
'Junona' istražila Jupiterovu Veliku crvenu pegu do dubine od 200 milja!
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
