Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 26 – vyšlo 4. srpna, ročník 15 (2017) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

26/2017

Juno poodhaluje pravou tvář Jupiteru III

Jiří Hofman

Sonda Juno, která dostala jméno podle manželky římského boha Jupitera schopné prokouknout oblaka zahalující manželovy nepravosti, již přes rok obíhá svůj cíl – největší planetu Sluneční soustavy. Za rok služby o ní už stihla zjistit řadu překvapivých věcí. V posledním díle seriálu se zaměříme na detailní popis práce sondy u JupiteruJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×10²⁷ kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. a povíme si něco málo o již uskutečněných objevech. Ještě před tím ale dojde na trochu méně očekávaný obrázek.

Snímky Země pořízené JunoCamem při průletu okolo Země na cestě k Jupiteru 9. října 2013. Prostřední je pořízen metanovým filtrem, ostatní jsou ve viditelném oboru. Každý je mozaikou složenou z 82 snímků. Zdroj: NASA/JPL/Caltech/MSSS.

Podrobný průběh mise u Jupiteru

Nejprve k číslování průletů perijovemPericentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejblíže. Pro Slunce se používá výraz perihélium, pro Zemi perigeum, pro Měsíc periluna, pro Jupiter perijovum, pro Saturn perikronum, pro Mars periareion a pro hvězdu periastrum.. Poprvé perijovem sonda proletěla při přiblížení se k Jupiteru. Po úspěšném manévru se usadila na oběžné dráze. Až do průletu apojovem se tento oběh označuje číslem 0, a tedy i první průlet perijovem má číslo 0. Za „vědecké průlety“, to znamená určené k měření, se označují perijova číslo 2 a větší.

Dne 27. srpna 2016 se při druhém průletu perijovem (perijovum číslo 1) zkoušely přístroje. Oproti předpokladům se zjistilo, že Jupiterova magnetosféra je silnější a polární záře rozsáhlejší. Pomocí mikrovlnného radiometru MWR sonda nahlédla až do hloubky 400 km pod oblaka. Zjistila, že Jupiterovy pásy tam zasahují, ale jejich povaha se s hloubkou mění. JunoCam také pořídila obrázky oblaků, které následně NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. poskytla veřejnosti ke zpracování.

Jižní polární záře na Jupiteru v infračerveném oboru. Tuto mozaiku složenou ze tří snímků pořídil JIRAM dne 27. srpna 2016 na vlnových délkách 3,3 až 3,6 µm. Zdroj: NASA/JPL/Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM.

Po příletu americké sondy Juno 27. srpna 2016 k Jupiteru začal přístroj JIRAM snímkovat infračervenou záři planety. Infračervená data zachytila slabou polární záři a Jupiterův měsíc Io přibližující se k planetě. Jupiterova Velká červená skvrna je vidět kousek jižně od rovníku planety. Video je složeno z 580 obrázků pořízených během asi devíti hodin, v jejichž průběhu se Jupiter téměř jednou otočil kolem své osy. Zdroj: NASA/JPL

Během následujícího oběhu se inženýři pokusili natlakovat hlavní pohonný systém, aby ho připravili k zážehu, po kterém měla být zkrácena oběžná doba na asi 14 dní. Častější průlety perijovemPericentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejblíže. Pro Slunce se používá výraz perihélium, pro Zemi perigeum, pro Měsíc periluna, pro Jupiter perijovum, pro Saturn perikronum, pro Mars periareion a pro hvězdu periastrum. by znamenaly častější měření. Bohužel se zjistilo, že héliové ventily se otevíraly příliš pomalu. Měly se otevřít během několika sekund, ale celá procedura trvala dlouhé minuty. Bylo proto rozhodnuto o odložení zážehu. Asi 13 hodin před třetím průletem perijovem (perijovum číslo 2, 18. října 2016) došlo k nečekaném restartu elektroniky sondy, který sám proběhl úspěšně. Sonda nadále zůstala v dobré kondici, ale přístroje při tomto průletu zůstaly vypnuté. O šest dní později se sonda bez problémů přepnula z bezpečného módu do běžného a o další dva týdny později byly opět zapnuty všechny přístroje. Tento průlet byl prvním „vědeckým“, bohužel se během něj nic nenaměřilo.

Čtvrtý průlet

Při čtvrtém průletu perijovem dne 11. prosince 2016 (perijovum 3, druhý „vědecký“ oběh) byl záměrně vypnutý infračervený dalekohled a spektrometr pro sledování polárních září JIRAM, který čekal na softwarovou záplatu. Tento oběh byl naopak prvním, kdy dostal slovo experiment Gravity Science. Radiometrická měření proto ani nemohla proběhnout (obě měření se vylučují, viz minulý díl). Oběžná doba činila 53,4 dne. Na snímku je typický vzor oblaků na Jupiteru. Původní data. Zdroj: NASA/SwRI/MSSS/Tomasz Niedzwiedz.

Pátý průlet

Popáté prolétla sonda periojovem dne 2. února 2017 (perijovum číslo 4, třetí „vědecký“ oběh). Sonda se dostala 4 300 km nad oblaka a všechny přístroje již plně fungovaly. Po průletu bylo rozhodnuto, že sonda zůstane na 53denní orbitě. Riziko selhání motoru bylo vyhodnoceno jako příliš vysoké. Na snímku je zobrazeno okolí jižního pólu Jupiteru. Původní data. Zdroj: NASA/SwRI/MSSS/Stefano Ivan Stinga

Šestý průlet

Pošesté perijovem sonda proletěla 27. března 2017 (perijovum číslo 5, čtvrtý „vědecký“ průlet), a to ve výšce 4 400 km nad oblaky. Na snímku je detail turbulencí. Původní data. Zdroj: NASA/JPL/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Alexis Tranchandon/ Solaris, CC NC SA.

Sedmý průlet

Posedmé perijovem sonda proletěla v plném zdraví dne 19. května 2017 (perijovum číslo 6, pátý „vědecký“ průlet). Na snímku je část jižní polokoule Jupiteru. Původní data. Zdroj: ASA/SwRI/MSSS/Crystal McConnell.

Osmý průlet

Zatím poslední, osmý průlet perijovem proběhl 11. července 2017 (perijovum číslo 7, šestý „vědecký“ průlet). Sonda klesla až do výšky 3 500 km nad oblaka. Při této příležitosti z výšky asi 5000 km nafotografovala Velkou červenou skvrnu. Obrázky v nízkém rozlišení přišly záhy, ale na vysoké rozlišení si pozemšťané museli den počkat. Stálo to za to. Původní data. Zdroj: NASA/JPL/SwRI/MSSS/ Gerald Eichstädt.

Dosud uskutečněné objevy

Velká skupina novinek přišla z polárních oblastí, které jako první detailně snímkovala až sonda Juno. U pólů pozorovala obrovské bouře, nikoli však rozdělené do šířkových pásů, které známe z dřívějších pozorování Jupiteru. Oblačnost je u pólů také výrazně modřejší. Na rozdíl od Saturnu, Jupiter nemá v okolí pólů šestiúhelník. Zatím nevysvětlené je i to, proč jsou okolí severního a jižního pólu rozdílná.

Samozřejmě se pozorovala i oblačnost mimo polární oblasti. Kromě fotogenické Velké červené skvrny upoutaly pozornost i další bouře. Jižně od rovníku se táhne pás menších bílých cyklón. Z infračervené analýzy plyne, že obsahují čpavek a hydrazin - tedy látku, kterou i Juno používá pro svůj pohon.

I polární záře, byť již byly pozorovány dříve například Hubbleovým kosmickým dalekohledem, nám ukázaly něco nového. Jsou totiž mohutnější, než se dosud myslelo. Stejně tak dnes už díky sondě Juno víme, že je vyvolávají jiné částice než na Zemi. Infračervený dalekohled a spektrometr JIRAM také odhalil v jejich struktuře horké skvrny o teplotě 500 až 950 K, o kterých se dosud nevědělo. Tyto oblasti jsou složeny hlavně z metanu a iontů H₃⁺. Pozorování JIRAMu koresponduje s pozorováním ultrafialového spektrografu UVS. Senzory radiových a plazmových vln Waves nahrály tajemně znějící hvizdy vycházející z Jupiteru. O těch sice víme již od 50. let, ale teď je můžeme analyzovat z nebývale kvalitních nahrávek pořízených v blízkosti jejich zdrojů. Částice, které se jimi projevují, způsobují polární záře. Můžeme teď zkoumat, odkud tyto elektrony pocházejí, a tím vysvětlit, proč jsou Jupiterovy polární záře tak mohutné.

Sonda Juno pozorovala elektromagnetické signály plazmových vln v ionosféře Jupiteru. Výsledky zachycené v tomto spektrogramu ukazují zvyšující se frekvenci vln při klesání do ionosféry planety. Nahrávka byla pořízena dne 2. února 2017. Amplituda vln je kódovaná podle barevné škály napravo. Elektromagnetické signály až o frekvencích 150 kHz jsou šedesátinásobně zpomaleny a přehrány jako zvuková vlna. Krátké, velmi čisté tóny souvisí s pohyby elektronů a nejspíše jsou způsobeny interakcí mezi sondou a nabitými částicemi v Jupiterově ionosféře. Přesný zdroj těchto diskrétních tónů se stále hledá. Zdroj: NASA/JPL/Caltech/SwRI/Univ. of Iowa.

Ani měření magnetického pole nezůstalo pozadu. Že je obrovské, se vědělo. Ale že místo očekávaných 0,5 mT sonda naměří 0,8 až 0,9 mT, to bylo překvapení. Ještě větší údiv ale vyvolalo zjištění, že existují lokální fluktuace pole a v některých oblastech je magnetické pole Jupiteru až o 0,2 mT nižší než v okolí. To totiž znamená, že jeho generátor neleží ve středu planety jako u Země, ale blíže k povrchu.

Výzkum nitra planety přinesl také zajímavé výsledky. Nitro Jupiteru není překvapivě tvořeno dobře promíchanou homogenní směsí, jak se dosud většinou předpokládalo. Koncentrace čpavku se místně velmi liší. Podle měření mikrovlnného radiometru MWR s hloubkou čpavku přibývá. Pás poblíž rovníku zasahuje velmi hluboko do atmosféry. Zdá se také, že ostatní pásy se s hloubkou postupně mění v jiné struktury.

Avšak jako úplná vědecká bomba přišlo první měření gravitačního pole planety. Podle dosavadních úvah by jádro planety mělo být malé a tuhé, a nebo nemělo být vůbec. Jupiter má ale podle měření sondy Juno jádro velké, neostré a zřejmě částečně tekuté.

Již po několika průletech perijovem nám sonda Juno naservírovala nejen některé odpovědi, ale i mnoho nových otázek. Jupiter je ještě záhadnější než před rokem. Data ze sondy se stále zpracovávají a o objevech se k publikaci připravují nové články. Existuje například i plán na hledání gravitačních vln z dopplerovského měření rychlosti sondy (v experimentu Gravity Science), která by mohla posloužit jako testovací těleso pohupující se na gravitačních vlnách. Máme se na co těšit.

Budoucnost sondy

Mise Juno má zatím zajištěné finance do července příštího roku. Do té doby by sonda měla ještě šestkrát proletět perijovem. Během těchto průletů nám jistě o Jupiteru odhalí mnohá další tajemství. Pokud se nerozhodne o prodloužení mise, bude sonda Juno místo svého čtrnáctého průletu perijovem navedena do atmosféry Jupiteru, ve které shoří. Vzhledem k tomu, že navzdory plánům nedošlo ke zkrácení oběžné doby, dá se asi předpokládat, že pokud bude sonda v dobré kondici, k prodloužení dojde. Pomoci by to mělo zejména experimentu Gravity Science, jemuž měla být věnována velká část z plánovaných krátkých oběhů.

Průřez svrchní částí atmosféry podle zjištění mikrovlnného radiometru MWR. Oranžová představuje vysoké množství čpavku, modrá nízké. Zdá se, že Jupiter má okolo rovníku pás s vysokým obsahem čpavku, který sloupem proniká k vrcholkům oblaků. Zdroj: NASA/JPL/Caltech/SwRI.

Odkazy