Juice, исследователь ледяных спутников Юпитера
Перед вами рендер космического аппарата Juice, предназначенного для исследования Юпитера и его спутников. Название Juice представляет собой аббревиатуру от JUpiter ICy moons Explorer — «исследователь ледяных спутников Юпитера». Аппарат стартовал из Гвианского космического центра на ракете «Ариан-5» ровно год назад, 14 апреля 2023 года. Этот космический аппарат — проект Европейского космического агентства (при участии НАСА и космических агентств Японии и Израиля). Его основная цель — изучение трех крупных спутников Юпитера: Ганимеда, Европы и Каллисто. Предполагается, что под их ледяной поверхностью скрываются океаны глубиной порядка 100 километров, что делает спутники потенциально пригодными для зарождения жизни. Аппарату Juice предстоит определить толщину и структуру льда, глубину и состав океанов. Juice исследует химический состав поверхности спутников, в том числе осуществит поиск органических соединений. Также в область его интересов попадет атмосфера спутников и происходящие в их недрах геологические процессы.
Особое внимание Juice уделит исследованию крупнейшего из спутников — Ганимеда. Это единственный спутник в Солнечной системе, обладающий магнитным полем. Аппарату предстоит выяснить, чем создается его магнитное поле и как оно взаимодействуют с полем Юпитера. Задачи Juice не исчерпываются изучением спутников Юпитера. Аппарат уделит внимание и самой планете — в частности, ее атмосфере. Зонд проведет замеры ветров, температуры и химического состава атмосферы Юпитера и исследует потоки вещества и энергии внутри нее. Также он изучит климат планеты, процессы внутри Большого и Малого красного пятна (см. картинку дня Большое красное пятно), исследует взаимодействие атмосферы с проникающими в нее кометами и астероидами (см. картинку дня Юпитер под обстрелом).
Собранные Juice данные позволят лучше понять особенности процессов, проходящих в атмосфере, не опирающейся на твердую поверхность: под атмосферой Юпитера расположен океан из жидкого водорода. Быть может, исследования Juice помогут и разрешить некоторые загадки Юпитера — например, почему верхняя атмосфера планеты такая горячая. Ее температура на границе термосферы и экзосферы, на высоте около 1000 км, составляет около 800–1000 K, в то время как теоретические модели дают значения не больше 400 K.
Температурный профиль атмосферы Юпитера. Рисунок с сайта commons.wikimedia.org
Аппарат также исследует магнитосферу Юпитера и ее влияние на спутники. В область его интересов попадут полярные сияния (см. картинку дня Полярные сияния на Ио и Юпитере), в которых проявляется взаимодействие мощного магнитного поля планеты с ее атмосферой. Juice уделит внимание и другим спутникам Юпитера, включая Ио, выбросы многочисленных вулканов которого оказывают значительное влияние на магнитосферу Юпитера (см. статью Капризы погоды). И, наконец, проанализирует физический и химический состав колец планеты. Юпитер и его пылевые кольца и многочисленные спутники образуют сложную и интересную для астрономов систему. Исследуя ее эволюцию и современное состояние, Juice поможет понять, как могут возникать пригодные для жизни места в подобных системах за пределами Солнечной системы.
Полярное сияние на Юпитере, снятое телескопом «Хаббл» в 2016 году. Фото с сайта commons.wikimedia.org
По пути зонд совершит четыре гравитационных маневра. Первый, намеченный на август этого года, будет впервые в истории космонавтики двойным: сначала Juice совершит маневр в гравитационном поле Луны, а всего через полтора дня — Земли. Далее предстоит один маневр у Венеры и еще два у Земли. Маневры будут потихоньку «вытягивать» орбиту аппарата (на текущий момент она близка к орбите Земли), увеличивая высоту ее афелия и помогая зонду «дотянуться» до Юпитера. Придать ему необходимую скорость сразу, чтобы обойтись без подобных ухищрений, невозможно: Juice очень тяжелый, его масса составляет 6 т, из которых 60% — топливо для маневров. И для такой схемы мощности ракеты-носителя было недостаточно. Кроме того, при подлете к Юпитеру зонд должен будет «зацепиться» за него, удержавшись в гравитационном поле планеты и не пролетев мимо: это накладывает дополнительные ограничения на перелетную орбиту. На сайте проекта можно посмотреть, где сейчас находится зонд; если же запустить анимацию, то Juice начертит свою расчетную траекторию, «долетев» до Юпитера примерно за 7 минут. Анимация наглядно показывает, как гравитационные маневры будут менять орбиту Juice.
Прибытие зонда к Юпитеру ожидается летом 2031 года. Аппарат проведет на орбите вокруг планеты 3,5 года, неоднократно пролетая на небольшом (200–1000 км) расстоянии от ее спутников, особенно часто сближаясь с Каллисто и Ганимедом. В конце 2034 года Juice перейдет на орбиту вокруг Ганимеда и станет первым космическим аппаратом, обращающимся вокруг спутника планеты (не считая Луны). Когда топливо для коррекции орбиты закончится, ее высота начнет уменьшаться, и в итоге Juice разобьется о поверхность Ганимеда: предполагается, что это произойдет в конце 2035 года.
Немного раньше Juice к Юпитеру прибудет аппарат НАСА Europa Clipper, запуск которого запланирован на октябрь этого года. Его задачи не столь обширны, как у Juice: Europa Clipper сконцентрируется на исследовании лишь одного из юпитерианских спутников — Европы. Научные группы обоих проектов координируют свои усилия, чтобы получить большую отдачу от экспедиций.
По обе стороны от корпуса Juice расположены солнечные батареи в виде двух крестов общей площадью 85 м2 и размахом 27 м — самые большие, которые когда-либо устанавливались на межпланетном зонде. Юпитер находится в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому для получения достаточной для работы зонда энергии панели пришлось сделать довольно крупными. Их суммарная мощность составляет 700–900 Вт — примерно как у обычной микроволновой печи.
Juice отправляется на заправку примерно за три недели до старта. Панели по бокам аппарата — сложенные солнечные батареи, обращенная к нам зачехленная «тарелка» — антенна. Фото с сайта esa.int
Существенными проблемами для разработчиков стали радиационная обстановка вблизи Юпитера (напомню про мощное магнитное поле планеты) и большой разброс температур — от минус 230 °C в районе Юпитера до плюс 250 °C при совершении гравитационного маневра у Венеры. Всё оборудование, включая приборы и бортовые компьютеры с памятью объемом 1,25 Тб, либо защищено от радиации специальными экранами, либо выполнено в радиационно-стойком исполнении. А сам аппарат обернут в 500 (!) теплоизоляционных одеял общей массой 100 кг.
Juice «одевают» в термоодеяло, июнь 2021 года. Фото с сайта esa.int
Серьезные задачи, поставленные перед зондом, требуют большого разнообразия научной аппаратуры. Лазерный высотомер GALA проведет крупномасштабное картографирование и съемку рельефа спутников и опишет их приливные деформации. Поможет ему в этом система фотокамер JANUS, которая, кроме того, будет наблюдать облака на Юпитере и полярные сияния. Спектрометры различных диапазонов MAJIS, UVS и SWI определят состав и физические свойства поверхности спутников, исследуют состав, свойства и динамику атмосферы Юпитера и его спутников. Кстати, используемый в конструкции SWI терагерцевый гетеродинный детектор создан российскими учеными из МФТИ.
Ультрафиолетовый спектрометр UVS. Фото с сайта esa.int
Радар RIME, способный заглянуть под поверхность льда на глубину 9 км, поможет понять, есть ли внутри льда лакуны с водой и меняются ли свойства льда с удалением вглубь его поверхности. Этот прибор заставил команду сопровождения Juice поволноваться. Вскоре после отделения от ракеты-носителя должна была раскрыться 16-метровая антенна RIME. Она сделана из гибкого материала, и могла бы потерять упругость, находясь в сложенном состоянии слишком долго. Однако при первой попытке расправить антенну она развернулась лишь частично. Причиной тому стал заклинивший штифт, заблокировавший раскрытие некоторых сегментов. На решение проблемы ушло больше трех недель, в течение которых было перепробовано немало вариантов. Например, аппарат пробовали немного встряхнуть, запуская двигатели. В итоге инженерам всё-таки удалось расшевелить штифт и освободить антенну.
Магнитные поля Юпитера и Ганимеда измерит магнитометр J-MAG. Прибор 3GM проведет измерения плотности и химического состава атмосферы Юпитера и его спутников, а также их гравитационных полей. Еще одно, косвенное, уточнение этих полей будет проведено с помощью радиоинтерферометра PRIDE, который использует измерения от земных радиотелескопов для точного определения координат и скорости зонда. Сравнение этих величин с расчетными даст необходимые поправки в гравитационные модели Юпитера и спутников. Измерения гравитации, деформаций и детектируемое камерой вращение спутников дадут дополнительную информацию об их внутренней структуре — например, о распределении массы по объему и о прочности твердой поверхности спутников, что позволит более точно определить характеристики подледных океанов.
Наконец, отдельная группа приборов — PEP, RPWI, RADEM — предназначена для регистрации высокоэнергетичных частиц и радиоизлучения плазмы, а также для измерения плотности и потоков различных частиц в плазме. Наблюдения за движением частиц в магнитном поле Юпитера, возможно, внесут вклад и в фундаментальную физику.
Во избежание помех некоторые из датчиков будут во время работы удерживаться вдали от корпуса аппарата автоматизированными манипуляторами длиной до 10 м. На этом кадре показано испытание самого длинного манипулятора. Наполненные гелием воздушные шары призваны сымитировать невесомость. Кадр из видео с сайта sci.esa.int
Как я уже упоминал, у проекта Juice есть большой интересный сайт, посетители которого могут узнать об истории исследований Юпитера, устройстве и задачах Juice, истории создания аппарата. Пожалуй, самый необычный раздел сайта — иллюстрированная «поваренная книга», отсылающая к заключенной в названии зонда игре слов: juice — «сок» в переводе с английского. В начале 2023 года был объявлен конкурс рецептов коктейлей, смузи, чаев и других напитков, обыгрывающих тему исследования Юпитера и его спутников. По завершении конкурса сборник всех присланных рецептов (их оказалось больше 70) был опубликован на сайте.
Напитки-победители конкурса рецептов. Фото с сайта esa.int
Фото из пресс-кита на сайте esa.int.
Алексей Деревянкин
-
"Далее предстоит один маневр у Венеры имеще два умЗемли. Маневры будут потихоньку «вытягивать» орбиту аппарата (на текущий момент она близка к орбите Земли), увеличивая ее апогелий"
Две опечатки и новое понятие "апогелий". :-) правильно афелий. Стоит поправить.
И написать правильно: не увеличивать афелий, а высоту афелия. Афелий точка, увеличить её нельзя. Можно поднять афелий, или увеличить его высоту (то же самое). Увеличить сам афелий невозможно, точка есть точка.
Опечатка: "плюс 250 °C при совершении гравитационного маневра умВенеры. "-
Николай, добрый день! Спасибо за замечания. Термин "апогелий" тоже встречается, в том числе и в научно-популярной литературе. Мне он нравился больше, чем "афелий", поскольку более логично сочетается с "перигелий" (да и с парой "апогей" - "перигей"). Но после Вашего комментария я справился со словарями и убедился, что Вы правы: они вариант "апогелий" не фиксируют, так что подобное употребление следует счесть жаргонным.
То же и с его высотой: иногда под афелием/перигелием понимают не только саму точку, но и её высоту, но и это некоторый жаргон. Так что спасибо за внимательность, поправим. А опечатки уже исправили :)
-
Апоцентр и перицентр, вместе апсиды, только точки. Просто по названию и определению ближайшей и самой удалённой точек орбиты. Высота этих точек это параметр, численная характеристика его расположения, но не сам объект. Два удаления от барицентра складываются в кеплеров элемент орбиты, большую полуось. И не апоцентр складывается с перицентром, это невозможно, а лишь их высоты плюс радиус Земли. Поэтому понятие апсид и их высот не тождественные, это не одно и то же и не синонимы.
И высоты понятие неоднозначное. Как вы проведете высоту — геодезически или геоцентрически? Эти высоты разные, и не совпадают. И до каких поверхностей их опускать? Горы и впадины засчитываются или нет? Высота вторична и вариативна. В отличие от точки апсид.
-
Да, с высотами замечание резонное. Добавлю, что в случае Солнца отсутствие твёрдой поверхности ещё усложняет задачу определения высоты. Но во многих случаях писать "расстояние от центра Солнца до афелия" слишком громоздко - поэтому, думается, термин "высота афелия" тоже допустим - особенно в тех случаях, когда размеры самого Солнца пренебрежимо малы по сравнению с этой высотой или же когда мы не приводим её численных значений, а, как в тексте, ограничиваемся констатацией того, что она увеличивается.
И посему,
если на Ганимеде ещё и нет жизни, то по завершении миссии этой четырехтонной фиговины, после ее непрошенного местными жителями падения на их несуществующие головы - все будет в порядке.
Жизнь появится.
Ура коктейльщикам!
))
-
Не, ну он же тама не сразу и не всюду аммиак - он как-то наверняка послойно. Как в черном море сероводород. Как на Венере температура, давление и прочее несъедобное в атмосфере...
Хотелось бы думать)-
Амиак слишком хорошо растворяется в воде. Поэтому слоёв не получится. Получится сплошной нашатырный спирт :)
-
Вот у нас - океан соленый, но не везде. Где-то даже пресный совсем - как-то там лёд с этим делом управляется, большущие движения водных масс таким образом вызывая за счёт разной плотности соседствующей воды. То есть испарение даже не принимая во внимание получается разная соленость.
Что мешает на немаленьком шарике Ганимеда иметь место процессам не менее хитрым, обеспечивающим разную пресность и нашатырность? Там даже поверхность льда вызывает вопросы - что мы о тамошних процессах знаем? Может, линзы какие во льду...
Я лично верую в негомогенность тамошнего океана! Аминь!)
-
-
-
Тоже немного тратится, чтобы скорректировать траекторию подхода и войти в манёвр оптимальным образом. Перед планетой, или после планеты, с какого ракурса, на каком расстоянии проляжет изначальная траектория от её поверхности и её центра (последнее называется прицельный параметр). А уже выход происходит сам собой, без расхода топлива.
-
-
-
О! Так он ещё и ядовит!!
То-то коктейльчик будет!
Тем более вопрос возникает -
это кто же такой НАСАвитый взял на себя ответственность за последствия падения всякой дряни на неисследованные планеты с, возможно, своей флорой и фауной???
На своей планете озеро "восток" когда бурили - несколько лет придумывали, как туда влезть, но ни молекулы снаружи не занести.
А тут - четырехтонной фигнёй с суперядовитым топливом в баке - и на отмашь!? Типа, пусть теперь левую щеку подставляет?
Смотрится реализацией жутковатого бреда безответственного сумасшедшего...
-
-
-
-
Давление практически нулевое, зонд не будет залетать в атмосферу Венеры. Нагрев обусловлен не погружением в атмосферу, а просто действием солнечного излучения.
Схема возможного строения Ганимеда. Рисунок с сайта starcatalog.ru