Ценным инструментом для изучения спутника Юпитера Ио стал итальянский инфракрасный прибор Juno Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) на зонде «Юнона». Ио — это самое вулканически активное тело в Солнечной системе с сотнями вулканов. Близкие пролёты «Юноны» рядом с ним позволяют крупным планом увидеть лавовые озёра и изучить их общее строение, что даёт представление о процессах в недрах этой юпитерианской луны.

Шлейфы вулканических выбросов на Ио. Источник изображений: NASA/JPL-Caltech

Учёные только начинают разбирать данные, полученные после близких пролётов зонда NASA мимо Ио в прошлом году. Впрочем, научный анализ не терпит суеты. Первая работа по этим данным была опубликована несколько дней назад в журнале Nature. Прибор JIRAM разрабатывался для изучения атмосферы Юпитера на глубину до 70 км ниже облачного покрова планеты-гиганта. Но он также стал прекрасным инструментом для изучения лун Юпитера, самой поразительной из которых считается Ио.

Исходя из данных JIRAM по обнаруженным на Ио лавовым озёрам, эти образования на спутнике множественные и достаточно локальные. Магма не переливается через края кальдеры, из чего учёные делают выводы о достаточно высоких — до нескольких сотен метров — стенах кратеров.

Лавовое озеро, обнаруженное прибором JIRAM

Интересной и не до конца понятной особенностью лавовых озёр Ио стало отчётливое отсутствие застывшей магматической корки по их краям. Это указывает на вероятную циркуляцию магмы от центра в края и вглубь кратеров, либо на такие условия по краям, при которых застывшая корка обламывается с краю и обнажает лавовое кольцо. Это даёт некоторые подсказки о поведении магмы в недрах Ио, но для окончательного вывода их недостаточно.

Учёные продолжают получать данные по Ио. «Юнона» совершила 62-й облёт Юпитера 13 июня. Она прошла над луной на высоте 29 250 км. Свой 63-й облёт Юпитера и Ио зонд совершит 16 июля. Аппарат получил возможность прохода над северным и южным полюсами спутника, что позволит впервые получить данные о вулканической активности Ио в приполярных областях.

Учёные опубликовали новые снимки ледяной луны Юпитера — Европы, поверхность которой зонд NASA «Юнона» снял по время близкого пролёта в сентябре 2022 года. Изображения стали редкой возможностью лучше изучить особенности рельефа и геологии спутника, на котором может существовать глобальный подлёдный океан с жидкой водой, теоретически пригодной к зарождению биологической жизни.

Источник изображений: NASA/JPL-Caltech

Новые данные дадут ориентиры будущим миссиям по изучению особенностей Европы и поиску признаков жизни на ней. Позже в этом году в систему Юпитера стартует миссия Europa Clipper (с указаниями инопланетянам по поиску жизни на Земле). Также в систему Юпитера летит запущенный год назад европейский зонд JUICE, которому тоже помогут новые снимки «Юноны». Интересно, что сделаны они фактически вспомогательным оборудованием зонда, а не основными приборами.

Более того, учёные смогли настроить камеру ориентации зонда по звёздам (SRU) для получения снимков поверхности Европы в условиях слабого освещения. Благодаря этому удалось получить первые снимки ночной стороны Европы, освещённой лишь отражённым от облаков Юпитера светом Солнца. И это тоже были снимки, изобилующие множеством интересных деталей.

Зона «Утконоса» на ночной стороне Европы (снимок сделан камерой SRU)

Самым примечательным и перспективным объектом для изучения на поверхности Европы считается зона «Утконоса» — область со сторонами 37 × 67 км. Судя по вздыбленным краям этой области — это сравнительно молодое геологическое образование на поверхности. Рельеф Европы в целом невыразительный, а его складки быстро исчезают. Появляются же они, как считается, в процессе дрейфа ледяного щита по глобальному океану. Во льдах возникают трещины, через которые в космос на высоту до 200 км поднимаются брызги подлёдного океана. Выбросы воды формируют стенки кратеров и другие неровности, но также они сравнительно быстро сглаживаются. Детальные фотографии поверхности подскажут, где лучше искать признаки выбросов и проводить химический анализ подлёдной воды.

Впрочем, пока данные о наличии водяных гейзеров на Европе неубедительные. Там не было замечено таких ярких выбросов, как, например, на спутнике Сатурна Энцеладе. В то же время на Энцеладе и Европе присутствуют похожие по структуре и рисунку складки рельефа, а это подсказка, где искать самое интересное.

В декабре 2023 года и в феврале 2024 года зонд NASA «Юнона» (Juno) пролетел над луной Юпитера Ио ближе всего в истории. Если раньше «Юнона» приближалась к поверхности Ио на десятки тысяч километров, то последние пролёты совершены на высоте 1500 км, что позволило получить самые детальные снимки этой луны Юпитера. На основе полученных данных художники NASA создали анимации двух странных объектов на Ио: озера раскалённой магмы и удивительной горы.

Источник изображений: NASA

Луна Ио считается самым вулканически активным телом Солнечной системы. На нём зафиксировано свыше 400 вулканов, значительная часть которых активна. Близкие пролёты позволяют оценить степень активности вулканической деятельности и составить её карту. Также Ио отличается от других крупных спутников Юпитера своим более-менее ровным пейзажем и разницей температур на экваторе и в полярных областях. В последний близкий пролёт Ио, например, «Юнона» впервые получила снимок южного полюса этой луны.

Ио с высоты 16 500 км. Снято во время пролёта 9 апреля 2024 года

«Ио просто усеяна вулканами, и мы застали несколько из них в действии, — сказал представитель программы на Генеральной ассамблее Европейского геофизического союза в Вене. — Мы также получили несколько отличных снимков крупным планом и другие данные о лавовом озере Локи Патера (Loki Patera) длиной 200 километров (127 миль). Удивительные детали показывают эти сумасшедшие острова, расположенные посреди потенциально магматического озера, окруженного горячей лавой. Зеркальное отражение озера, зафиксированное нашими приборами, предполагает, что части поверхности Ио гладкие, как стекло, напоминающее обсидиановое стекло, созданное вулканами на Земле».

Зонд «Юнона» летает по орбите вокруг Юпитера. Изучение Ио можно считать бонусом, тогда как в основном NASA следит за планетой-гигантом. Считается, что Юпитер стал первой планетой, которая сформировалась в Солнечной системе. Это делает её ценным объектом для изучения, которое поможет понять эволюцию как системы, так и других планет. В частности, учёных волнует вопрос содержания воды в атмосфере и в недрах планеты.

Вода — это необходимая основа для зарождения биологической жизни где бы то ни было. Данные по воде в составе Юпитера противоречивы. В 1995 году зонд NASA «Галилео» собрал данные во время 57-мин спуска в атмосферу планеты-гиганта. Данные оказались странными — зонд почти не обнаружил воды, и это шло вразрез с моделями учёных. «Юнона» подсчитывает объём воды в атмосфере Юпитера по содержанию кислорода и водорода — атомов, составляющих молекулу воды. По её данным, воды на Юпитере кратно больше, чем обнаружил «Галилео». На основе этого учёные сделали вывод, что старый спутник, вероятно, вошёл в атмосферу над местной версией Сахары.

Также каждый новый пролёт приближает «Юнону» к перемещению над северным полюсом Юпитера. Этот регион интересен своими циклонами, по размерам, динамике, очертаниям и плотности которых можно получить представление о поведении атмосферы планеты. Зонд делает снимки циклонов в видимом, инфракрасном и микроволновом излучении. Глубже всего под облака проникает микроволновое излучение, которое несёт учёным наиболее ценную информацию о структуре циклонов.

Следующий пролёт рядом с Юпитером «Юнона» совершит 12 мая.

Учёные поделились данными свежих наблюдений о поведении атмосферы Юпитера и состоянии его крупнейших вихрей — знаменитого Большого Красного Пятна и его меньшего собрата Младшего Красного Пятна, а также о других атмосферных процессах. Ещё в поле зрения «Хаббла» попал спутник Юпитера Ио — самое вулканически активное небесное тело Солнечной планеты. Изучение всех этих объектов позволяет лучше понять погоду на Земле и планетах в целом.

Источник изображения: NASA, ESA, STScI

Наблюдения «Хаббла» были проведены 5–6 января 2024 года. Снимки делаются на нескольких длинах волн, что позволяет также заглянуть вглубь атмосферы Юпитера. Интересно, что примерно за год до этого Юпитер подходил на ближайшее расстояние к Солнцу, и там было лето в самом разгаре. Теперь, год спустя, учёные констатируют факт, что атмосфера планеты по-прежнему достаточно разогрета, чтобы там проявлялась повышенная активность ураганов.

Наблюдения за Юпитером и другими планетами Солнечной системы с атмосферами проводятся в рамках программы «Исследование атмосфер внешних планет» (OPAL). Центральным объектом наблюдений остаётся Большое Красное Пятно (БКП). Оно задаёт учёным две главных загадки: когда оно пропадёт и случится ли это вообще, а также, почему пятно красного цвета?

На цвет, вероятно, влияет химический состав атмосферы и взаимодействие её частиц с солнечным светом, в частности — с ультрафиолетовым излучением. Что касается уменьшения размеров БКП, то этот процесс, возможно, ускоряется. Пятно уверенно наблюдается учёными не менее 200 лет подряд. Из первых достоверных источников известно, что его размеры составляли 41 тыс. км. В него тогда могло поместиться три Земли. В 1979 году миссия «Вояджеров» при пролёте Юпитера определила размер БКП как 23 300 км. Наблюдение «Хаббла» в 1995 году дало уже 20 950 км. В 2014 году диаметр пятна уменьшился до 16 500 км, а в 2021 — до 14 750 км. Наконец, в ноябре 2023 года астрофотограф-любитель Дэмиан Пич измерил его как 12 500 км, в которое едва помещается одна Земля.

На новых снимках «Хаббла» запечатлены оба полушария Юпитера (см. выше), который делает один оборот за 10 ч. Кстати, это легко вычисляется как раз по положению БКП. На левом снимке кроме Большого Красного пятна правее и ниже его мы можем разглядеть Младшее Красное Пятно, которое фиксируется с 2006 года после объединения нескольких ураганов в один, после чего оно покраснело.

На правом снимке севернее экватора просматриваются один циклон и один антициклон, которые будут отталкивать друг друга. Также на правом снимке виден спутник Юпитера Ио, на поверхности которого в одном из подходящих диапазонов просматривается чрезвычайная вулканическая активность. Но это уже другая история.

NASA представило памятную табличку, которая отправится в систему Юпитера на борту автоматической станции Europa Clipper. Этот зонд NASA будет искать признаки жизни в глобальном подлёдном океане Европы. Ожидается, что там в два раза больше воды, чем во всех земных океанах. Это роднит Землю и Европу, что отражено в оформлении памятного знака.

Источник изображений: NASA

Размеры изготовленной из тантала пластины составляют 18 × 28 см. Формально — это крышка, закрывающая отверстие в отсек с научным оборудованием. Европа находится в центре окружающих Юпитер радиационных поясов. В этом смысле там не просто жарко, а очень жарко. Но для соблюдения давней традиции по отправке посланий человечества в космос, что NASA практикует почти с самого начала миссий на окраины Солнечной системы, крышку оформили как письмо инопланетному разуму.

На одной стороне пластинки нанесена написанная от руки поэма американской поэтессы Ады Лимон (Ada Limón) — «Во славу тайны: поэма для Европы». В верхней части пластины выгравирована абстрактная, в общем-то, формула по вычислению числа цивилизаций в нашей галактике, придуманная в 1961 году американским физиком Фрэнком Дрейком (Frank Donald Drake). Также на лицевой стороне пластины выполнена гравировка портрета учёного Рона Грили (Ron Greeley), ставшего своего рода прародителем американской планетологии, что можно считать прологом к миссии Europa Clipper.

Наконец, на передней стороне пластины выгравированы частоты, на которых совершаются попытки прослушивать инопланетные сигналы. Также на этой стороне закреплены крошечные кремниевые пластинки, на которых выгравированы имена свыше 2,6 млн человек, пожелавших отправить упоминание о себе или о значимых для них людей в космос.

На тыльной стороне пластины расходящимися от центра символами выгравировано 103 произношения слова «вода» на языках и наречиях населяющего Землю человечества. Гравировка представляет визуальное изображение звуковых волн. В центре изображения помещён символ, показывающий воду в американской версии азбуки глухонемых.

Станция Europa Clipper будет отправлена в космос в октябре 2024 года. В систему Юпитера она прибудет в 2030 году. Станция совершит 49 близких пролётов Европы. Основной целью миссии станет поиск признаков жизни в подлёдном океане спутника. Памятная табличка вряд ли будет доставлена на спутник. Скорее всего, как и в случае предыдущих миссий в систему Юпитера, станция будет сожжена в его атмосфере, чтобы не допустить возможного заражения земными микроорганизмами поверхность Европы.

Система Юпитера служит своего рода уменьшенной версией Солнечной системы и тем привлекает учёных и особенно астробиологов. Подо льдом, составляющим поверхность больших спутников Юпитера, могут скрываться глобальные океаны с инопланетной биологической жизнью. Ещё аппарат NASA «Галилео» засёк выработку кислорода на спутнике Юпитера Европе. Новое исследование зонда «Юнона» только укрепило учёных во мнении, что в океан этой луны может поступать кислород.

Источник изображений: NASA

Данные «Галилео» более чем 20-летней давности давали сильный разброс в оценках количества кислорода, продуцируемого ледяным щитом Европы. С поверхности этой луны могло улетать от нескольких килограммов до тонны кислорода в секунду. Кислород на Европе получается в процессе бомбардировки её поверхности заряжёнными частицами от Юпитера — этот спутник находится в центре радиационных поясов газового гиганта. Радиация расщепляет молекулу воды (льда на поверхности спутника) на водород и кислород. Датчики зондов улавливают ионы этих элементов и определяют интенсивность их потоков.

Прибор Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE) на борту современного зонда «Юнона» (Juno) смог собрать данные о заряжённых частицах у спутника при пролёте на высоте 354 км над Европой, что произошло 29 сентября 2022 года. Как отмечают авторы исследования в свежей статье в журнале Nature Astronomy, анализ выявил выработку кислорода на Европе в объёме 12 кг в секунду. Этого достаточно для обеспечения кислорода для дыхания одному миллиону человек в течение суток. Добавим, непосредственно кислород приборы определить не могут. Оценка даётся по регистрации частиц атомарного водорода.

«Когда миссия NASA «Галилео» пролетала над Европой, это открыло нам глаза на сложное и динамичное взаимодействие Европы с окружающей средой. "Юнона" предоставила новую возможность напрямую измерять состав заряжённых частиц, выделяющихся из атмосферы Европы, и нам не терпелось ещё раз заглянуть за занавес этого захватывающего водного мира, — говорят авторы работы. — Но чего мы не понимали, так это того, что наблюдения "Юноны" дадут нам такие жёсткие ограничения на количество кислорода, вырабатываемого на ледяной поверхности Европы».

Выработка кислорода — это один из многих нюансов, которые будет исследовать миссия NASA Europa Clipper, когда она прибудет в систему Юпитера в 2030 году (запуск зонда ожидается в октябре 2024 года). Зонд будет оснащён сложной аппаратурой из девяти научных приборов, позволяющих определить, есть ли на Европе условия, которые могли бы быть пригодны для жизни. Даже теперь очевидно, что часть кислорода попадает в подлёдный океан. Там вполне может существовать биологическая жизнь. Впрочем, «Юнона» ещё не исчерпала свой научный потенциал и хотя основная её научная работа завершена, этот аппарат ещё послужит учёным.

В субботу, 3 февраля, космический аппарат NASA «Юнона» (Juno) в последний раз совершил максимально близкий пролёт рядом со спутником Юпитера Ио. Это самое вулканически активное небесное тело в Солнечной системе. На Ио зарегистрировано около 400 действующих вулканов. Его осмотры «Юноной» позволят понять, что стоит за этой активностью и есть ли на спутнике глобальный океан из магмы.

Источник изображений: NASA

На Ио буквально может быть океан огня. Такой активности этого спутника в основном подозревают гравитацию Юпитера, которая постоянно деформирует его тело и, тем самым, вызывает разогрев недр. По совокупности факторов, включая полное отсутствие льда на поверхности Ио, этот мир кардинально отличается от всех остальных лун Юпитера и тем он ценен для учёных.

Зонд NASA «Юнона» совершил два максимально близких пролёта рядом с Ио. Оба они прошли на высоте около 1500 км над его поверхностью. Предыдущий близкий пролёт состоялся 30 декабря 2023 года, а последний, как сказано выше, 3 февраля 2024 года. В дальнейшем «Юнона» совершит ещё несколько облётов Ио, но на гораздо большей высоте.

В близкие пролёты зонд фиксировал не только активность вулканов, но смог заметить даже потоки лавы из жерл и трещин в коре Ио. Облёты на большой дистанции позволят по-прежнему следить за вулканической активностью спутника и дадут возможность больше узнать о её природе и закономерностях.

С большой вероятностью ледяные спутники Юпитера и в частности Европа имеют глубочайшие подповерхностные океаны. На каждом из этих небольших небесных тел может быть многократно больше воды, чем на всей Земле. Тем любопытней искать признаки выхода этой воды на поверхность в виде гейзеров и через трещины, чтобы когда-нибудь проникнуть под толщу льда этих лун Юпитера в поисках жизни.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

Некоторое время назад группа учёных опубликовала в журнале JGR Planets статью, в которой сообщила об обнаружении признаков поверхностной активности на спутнике Юпитера Европе при сравнении снимков одного из участков, сделанных с интервалом где-то в 20 лет или больше. Первый снимок был получен зондом NASA Galileo, который изучал систему Юпитера с 1993 года по 2003, а второй сделан в 2022 году другим зондом NASA — Juno.

Учёные заинтересовались сравнением двух изображений области размером 37 × 67 км, которую назвали «утконосом». С некоторой долей уверенности исследователи заявили, что в некоторых аспектах рисунок поверхности на верхнем снимке, сделанном «Юноной», отличается от рисунка, изображённого на нижнем снимке, сделанным «Галилео».

Верхний снимок сделан звёздной навигационной камерой «Юноны», а нижний — камерой «Галилео» (нажмите для увеличения)

Данная область поверхности Европы может стать отправной точкой для будущих исследований лун Юпитера космическими аппаратами NASA Europa Clipper и ESA JUICE. Станция JUICE уже на пути в систему Юпитера и прибудет туда в декабре 2031 года, а станция Europa Clipper должна отправиться в космос на ракете Falcon Heavy 6 октября этого года.

На днях зонд NASA «Юнона» (Juno) совершил рекордное сближение с Ио — спутником Юпитера и самым вулканически активным небесным телом Солнечной системы. Зонд пролетел на удалении всего 1500 км от спутника или в десять раз ближе, чем до этого. Во время сближения «Юнона» сделала множество снимков тремя бортовыми камерами и показала мир Ио, каким мы его ещё не видели.

Фрагмент поверхности Ио при пролёте зондом «Юнона» 30 декабря 2023 года (нажмите для увеличения). Источник изображения: NASA

В отличие от других лун Юпитера, Ио — это скалистый и сухой мир. Другие спутники газового гиганта покрыты ледяными щитами и, похоже, скрывают под ними толщи воды. Ничего такого на Ио нет, кроме сотен действующих вулканов. Близкое расположение к Юпитеру вызывает гравитационные возмущения в коре Ио и разогревает её. Астрономам и планетологам интересно изучать этот уникальный по совокупности редких факторов инопланетный мир.

Полученные в ходе пролёта над Ио 30 декабря изображения были опубликованы NASA в минувшие выходные. Сегодня это одни из самых чётких видов данного «адского» мира. Новые данные помогут планетологам определить, как часто извергаются эти вулканы и как эта активность связана с магнитосферой Юпитера.

До сих пор «Юнона» наблюдала за Ио в основном издалека, поскольку космический аппарат совершил 56 пролетов Юпитера, изучая газовый гигант гораздо более детально, чем когда-либо прежде. С момента прибытия в систему газового гиганта в июле 2016 года «Юнона» приближалась к Ио на расстояние в несколько тысяч километров (в последний пролёт сближение составило 11 тыс. км). Ещё один близкий пролет Ио зонд совершит 3 февраля 2024 года, что позволит учёным сравнить изменения на поверхности луны за короткий промежуток времени.

Работая в системе Юпитера, зонд подвергался исходящей от планеты жёсткой радиации. Это не могло не сказаться на работе оборудования и бортовых камер. В последнее время начал проявляться накопительный эффект этого пагубного влияния. Динамический диапазон чувствительности камер снизился, помех стало больше. Инженеры пытаются устранить проблемы, но всему есть предел.

Не дожидаясь окончательного износа оборудования, зонд уничтожат падением на Юпитер в сентябре 2025 года. Уронить «Юнону» на один из спутников Юпитера никто не решится. Потенциально на зонде может быть микробная жизнь с Земли. Заразить ею инопланетный мир было бы неразумно, хотя вероятность этого близка к нулю. Зонд планировали уничтожить ещё в 2018 году, однако он оказался слишком живуч и, как видим, всё ещё приносит учёным много новой информации.

Зонд Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США под названием Juno («Юнона») продолжает функционировать спустя много лет после завершения свое основной научной программы по изучению Юпитера. На этот раз он запечатлел устрашающее «лицо» во время недавнего пролёта над планетой-гигантом, сделав своеобразный подарок к Хэллоуину.

Источник изображения: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Владимир Тарасов

Зонд сделал новый снимок 7 сентября, запечатлев на нём вихревые облака над той частью планеты, где проходит разделительная линия между дневной и ночной сторонами Юпитера. Учёные называют эту область Jet N7. На изображении видны вихревые облака и бурные штормы, сочетание которых напоминает жуткое вытянутое лицо. Фотография была сделана во время 54-го пролёта Juno вблизи Юпитера с высоты около 7700 км над планетой.

NASA опубликовало этот снимок несколько дней назад в преддверии Хэллоуина. В ведомстве подобие вытянутого лица Юпитера сравнили с кубистским портретом, отдав дань уважения художнику Пабло Пикассо (Pablo Picasso), с даты рождения которого 25 октября исполнилось 142 года.

«Вращающиеся облака Юпитера кажутся похожими на хмурое человеческое лицо. Половина изображения находится в темноте на ночной стороне планеты, из-за чего лицо выглядит так, как будто оно выглядывает из-за двери», — говорится в описании NASA к этому снимку.

Согласно имеющимся данным, над созданием снимка из необработанных данных с зонда Juno работал учёный Владимир Тарасов. Необработанные снимки Юпитера можно найти в открытом доступе. Тем самым NASA предлагает исследователям совместно трудиться над обработкой большого количества данных, получаемых от космического зонда.

Зонд NASA Juno («Юнона») с успехом продолжает работать даже через много лет после завершения своей основной научной программы по изучению системы Юпитера. Сейчас аппарат совершает манёвры по максимально близкому пролёту к спутнику Юпитера Ио. Это самое вулканически активное тело в Солнечной системе. И мы впервые наблюдаем его с относительно близкого расстояния.

Ио с расстояния 11 тыс. км. Источник изображения: NASA

Зонд «Юнона» произвёл очередное сближение с Ио в минувшие выходные — 15 октября. Камера зонда сделала более дюжины снимков Ио с расстояния в 11 680 км, что в два раза ближе, чем до этого. Это самые чёткие и лучшие снимки спутника со времён миссии Galileo, которая проходила с 1995 по 2003 годы. А Ио достоин особого внимания! Гравитационное воздействие на эту луну самого Юпитера и остальных его ближайших лун настолько велико, что недра Ио находятся в постоянном движении, что сопровождается непрекращающейся вулканической активностью.

Ио на фоне Юпитера

На Ио замечено около 400 вулканов, 150 из которых всегда одновременно активны. На новых снимках ещё до их финальной обработки заметно, по меньшей мере, четыре шлейфа выбросов от вулканической деятельности этой луны. Позже NASA предоставит полученные изображения в красивой обработке. Но даже в первоначальном виде чёткость снимков поражает воображение. А ведь это ещё не всё! В следующие пролёты мимо Ио «Юнона» сблизится с ним до 1500 км, что произойдёт 30 декабря 2023 года и 3 февраля 2024 года.

Серия снимков Ио во время его пролёта «Юноной» 15 октября 2023 года

Двое астрономов из Нидерландов, Сэмюэл Пирсон (Samuel G. Pearson) и Марк МакКогрин (Mark J. McCaughrean), при изучении снимков туманности Ориона, полученных космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружили несколько десятков пар объектов, сопоставимых с планетой Юпитер. Объяснить формирование таких пар в этой области современная наука не в силах.

Туманность Ориона. Источник изображений: esa.int

Туманность Ориона — светящееся облако из пыли и газа, одна из самых ярких туманностей на ночном небе, располагается в области меча в созвездии Ориона. Она находится на расстоянии 1300 световых лет от Земли и представляет большой интерес для астрономии, потому что здесь находится множество объектов для изучения: протопланетные диски вокруг молодых звёзд и коричневые карлики — объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами.

Учёные решили более подробно изучить скопление Трапеция Ориона. Это молодая область звездообразования возрастом около 1 млн лет. Помимо звёзд они обнаружили здесь и коричневые карлики, слишком маленькие, чтобы в их ядрах запустился процесс термоядерного синтеза — их масса составляет менее 7 % от солнечной. В поисках других маломассивных изолированных объектов учёные нашли то, чего никогда не видели — пары планетоподобных объектов с массами от 0,6 до 13 масс Юпитера. Учёные назвали такие пары JuMBO (Jupiter Mass Binary Objects — «Двойные объекты массой Юпитера»).

Астрономы зафиксировали 40 пар объектов JuMBO и две тройные системы, и все отличаются очень большими орбитами вращения вокруг друг друга. Расстояния между объектами в таких парах оказались примерно в 200 астрономических единиц, то есть в 200 раз больше расстояния между Землёй и Солнцем. На полный оборот одного объекта вокруг другого на этой орбите уходят от 20 тыс. до 80 тыс. лет. Температуры объектов колеблются в диапазоне от 537 °C до 1260 °C, а их возраст составляет около 1 млн лет. Для сравнения, Солнечной системе 4,57 млрд лет.

Звёзды формируются под действием гравитационных сил из облаков газа и пыли. Этот процесс продолжается, и вокруг звёзд образуются диски, из которых впоследствии формируются планеты. Но никакие существующие теории не объясняют механизма происхождения объектов JuMBO, а также их массового появления в туманности Ориона. Они могут напоминать планеты-изгои — объекты планетарной массы, которые свободно путешествуют в космосе, не относясь ни к какой звёздной системе. Но и многие из планет-изгоев сначала вращаются вокруг звёзд, а затем выбрасываются. И очень трудно объяснить, каким образом они выбрасываются из звёздных систем сразу парами, оставаясь гравитационно связанными друг с другом.

Во время своего последнего пролёта мимо юпитерианской луны Ио американский аппарат «Юнона» (Juno) сделал ряд снимков данного небесного тела — это произошло 30 июля, когда зонд находился на расстоянии всего в 22 тыс. км от спутника.

Источник изображений: JunoCam

В последний раз космический аппарат пролетал так близко от Ио более 20 лет назад — в 2002 году это был зонд «Галилео» (Galileo). Для большинства спутников и планет Солнечной системы этот срок ничтожен, ведь за пару десятилетий они значительных изменений не претерпевают. Но только не Ио, который постоянно меняется из-за своих вулканов — эта луна считается самым вулканически активным телом в Солнечной системе. Во время последнего пролёта 30 июля 2023 года на расстоянии 22 000 км от Ио на аппарате «Юнона» были включены научные инструменты: инфракрасный картографический прибор обнаруживал тепловые сигнатуры вулканов и потоков лавы, а оптическая камера JunoCam делала снимки луны.

Миссия «Юнона» стартовала 12 лет назад и вышла на орбиту Юпитера 4 июля 2016 года. Первоначально зонд изучал крупнейшую планету солнечной системы, после чего переключился на её спутники. В 2021 году аппарат прошёл близ Ганимеда, а в сентябре 2022 года прислал снимки ещё одной луны — Европы. В мае этого года «Юнона» прошла на расстоянии 35 000 км от Ио, а в июле последовал более близкий пролёт. Следующее сближение ожидается в октябре, а 30 декабря и 2 февраля расстояние сократится до минимальных 1500 км.

Стрелка указывает на вулкан «Прометей»

Ио — действительно самое вулканически активное тело Солнечной системы. Оно растягивается под действием гравитационных сил Юпитера, а также Ганимеда и Европы, которые создают мощные приливные силы. Твёрдая поверхность луны поднимается на 100 метров — для сравнения, самые интенсивные приливы на Земле поднимают воду на 18 м. Ио примечательна своими кардинальными изменениями, но есть по крайней мере одна постоянная — это непрерывно извергающийся вулкан Прометей. Он был открыт миссией «Вояджер» (Voyager) в 1979 году и изучен «Галилео» с 1995 по 2003 гг. «Юнона» показала, что вулкан продолжает действовать, извергая газ и пыль высоко над ночной поверхностью спутника.

Сатурн является очень большой планетой, которая массивнее Земли почти в 100 раз. Несмотря на это, Сатурн уступает по размерам Юпитеру почти в три раза. В свете этого и новых исследований некоторые астрофизики задумались о том, насколько в действительности Сатурн соответствует тому, чтобы классифицироваться как планета-гигант.

Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Как правило, астрономы и общественность относят Сатурн и Юпитер к одной категории планет-гигантов. Обе планеты очень массивны, каждая из них имеет значительные запасы газообразного водорода и гелия, которые являются основной частью их атмосфер. Кроме того, эти планеты располагаются в Солнечной системе рядом друг с другом.

Более углубленные исследования, проведённые с помощью автоматической межпланетной станции «Кассини» (Cassini) и зонда «Юнона» (Juno), позволили выявить ряд существенных различий между Юпитером и Сатурном, например, в количестве тяжёлых элементов, находящихся глубоко внутри планет. Кроме того, Юпитер в три раза массивнее Сатурна, что, в общем-то, также имеет большое значение.

В новой статье, которая в скором времени появится в журнале Astronomy & Astrophysics Letters, Равит Хеллед (Ravit Helled), астрофизик из Центра теоретической астрофизики и космологии Цюрихского университета в Швейцарии, высказал мнение о том, что в Солнечной системе есть только один настоящий газовый гигант — Юпитер. Уран и Нептун классифицируются как ледяные гиганты, поскольку они в основном состоят из элементов, отличных от водорода и гелия. Что касается Сатурна, то, по мнению Хелледа, планета не является настоящим газовым гигантом.

Процесс формирования гигантской планеты очень сложен, поскольку ранняя Солнечная система представляла место, в котором скопилось большое количество разного материала, кружившего вокруг растущего в центре Солнца. Преимущественно это был водород и гелий с небольшим количеством более тяжёлых элементов. Когда молодое Солнце начало нагреваться, весь водород и гелий удалились из системы. Единственный вариант, при котором планета могла продолжить набирать массу, особенно за счёт водорода и гелия, заключается в том, что эта планета к моменту нагревания звезды уже должна была стать достаточно большой. Чем больше планета, тем сильнее её гравитационное притяжение, позволяющее накапливать массу за счёт находящегося поблизости материала.

Ранние исследования предполагали, что Юпитер и Сатурн достигли определённой критической стадии, необходимой для быстрого накопления огромного количества массы за относительно короткий срок. Однако Юпитеру в этом плане повезло больше. Критический порог, при котором планета может получить экспоненциальное количество водорода и гелия, приблизительно соответствует массе в 100 раз выше массы Земли. Юпитер с лёгкостью превышает это значение, а значит, значительную часть массы планета приобрела ещё до того, как водород и гелий удалились из Солнечной системы из-за нагрева звезды.

По мнению Хелледа, у Сатурна никогда не было шансов стать настоящим гигантом. Уран и Нептун также были слишком малы, чтобы соперничать с Юпитером за звание планеты-гиганта. Что касается Сатурна, то его масса была достаточной для притяжения значительного количества водорода и гелия за счёт гравитации, но не настолько, чтобы этот процесс протекал в ускоренном темпе, благодаря чему планета могла бы стать значительно массивнее.

На основе этого Хеллед заявил, что Сатурн является несостоявшимся гигантом. По его мнению, единственной планетой-гигантом в Солнечной системе можно считать Юпитер. Это также может означать, что, несмотря на сходства, Юпитер и Сатурн развивались совершенно разными путями, что объясняет их различия, выявленные в ходе более глубоких исследований. Разница в развитии этих планет может помочь учёным понять, как развивалась Солнечная система, а также как возникали звёздные системы по всей галактике.

Это не пересказ одной из древнеримских легенд. Зонд NASA «Юнона» впервые представил снимки Юпитера, в атмосфере которого замечен грозовой разряд. До этого грозы на Юпитере фиксировались лишь в радинаблюдениях за газовым гигантом. Впрочем, уникальный снимок был обнаружен случайно внештатным сотрудником NASA, который извлёк его из необработанных данных «Юноны».

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, обработка изображения Kevin M. Gill © CC BY

На Земле молнии чаще возникают в экваториальной зоне. На Юпитере грозовые разряды, как правило, фиксируются в районе полюсов. Полученный снимок молнии на Юпитере, подсветившей его облака, сделан в районе серного полюса планеты во время 31-го близкого пролета Юпитера «Юноной» 30 декабря 2020 года. Внештатный учёный Кевин М. Гилл (Kevin M. Gill) в 2022 году обработал сырые данные камеры JunoCam, полученные во время этого сближения, и получил уникальный снимок, сделанный с высоты 32 тыс. км.

В ближайшие месяцы траектория движения зонда будут проходить таким образом, что «Юнона» будет регулярно пролетать над ночной стороной Юпитера, что предоставит ещё больше возможностей получить визуальные изображения грозовых разрядов в его атмосфере.

Зонд давно выполнил свою научную программу и сейчас собирает любые данные как о крупнейших спутниках Юпитера, так и о самой планете. Его камера JunoCam стала главным инструментом в сборе информации по системе Юпитера. Передаваемые с неё цветные изображения позволяют формировать знания о составе и поведении атмосферы планеты-гиганта и о составе поверхности лун Юпитера. Наконец, это просто красиво.