Юнона измеряет содержание воды в атмосфере Юпитера

Командой учёных юпитерианской миссии Juno (Юнона) представлены первые научные данные о количестве воды в атмосфере Юпитера.
Результаты, недавно опубликованные в журнале Nature Astronomy, показывают, что на экваторе вода составляет около 0,25% от всех молекул в атмосфере Юпитера - это почти в три раза больше, чем на Солнце.
В 1995 году в ходе миссии "Галилео" учёные предположили, что Юпитер может быть очень сухим по сравнению с Солнцем (сравнение основано не на жидкой воде, а на наличии её компонентов - кислорода и водорода, содержащихся на Солнце); однако новые данные показали относительное изобилие воды на гигантской планете.

Точная оценка общего количества воды в атмосфере Юпитера была одним из приоритетных вопросов планетологов на протяжении десятилетий: эти данные о газовом гиганте представляют собой критически важный фрагмент головоломки формирования нашей Солнечной системы.
Юпитер, вероятно, был первой сформировавшейся планетой, и он содержит большую часть газа и пыли, которые не были использованы при образовании Солнца.

Ведущие теории о формировании Юпитера основываются на количестве воды, которую содержит планета. Вода также имеет важное значение для метеорологии газового гиганта (ветровых потоков на Юпитере) и его внутренней структуры.
Так как молнии (явление, обычно возникающее в присутствии влаги), обнаруженные на Юпитере "Вояджером" и другими космическими аппаратами, подразумевали наличие воды, точная оценка её количества глубоко в атмосфере Юпитера оставалась важной, но неопределимой величиной.

Перед тем, как спускаемый зонд аппарата "Галилео" (Galileo) в декабре 1995 года в ходе своего 57-минутного погружения в атмосферу Юпитера прекратил передачу данных, он успел отправить спектрометрические измерения количества воды на глубине около 120 километров, где атмосферное давление достигло примерно 22 бар.
Работая с этими данными, учёные были обеспокоены, обнаружив в десять раз меньшее содержание воды, чем ожидалось.

Ещё более удивительно то, что количество воды, измеренное спускаемым зондом "Галилео", с глубиной возрастало, а самая большая достигнутая зондом глубина находилась намного ниже того уровня, где, согласно теории, атмосфера должна быть достаточно перемешана.
В хорошо перемешанной атмосфере содержание воды должно быть примерно одинаковым по всему региону и, скорее всего, представляет собой среднее глобальное значение; другими словами, оно, вероятно, является репрезентативным для всей планеты.
В сочетании с инфракрасной картой, полученной в то же время наземным телескопом, результаты показали, что миссия зонда могла быть просто не совсем удачной, и для исследований было выбрано необычайно сухое и тёплое метеорологическое пятно на Юпитере.

"Как только мы начинаем думать, что что-то выяснили, Юпитер напоминает нам, как много ещё предстоит узнать, - говорит Скотт Болтон, главный исследователь команды Juno из Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио. - Неожиданное открытие Juno, что атмосфера не достаточно перемешана даже под верхним слоем облаков - это загадка, которую мы пытаемся разгадать. Ранее не предполагалось, что содержание воды может быть настолько изменчивым по всей планете".


Измерение содержания воды с орбиты

Оснащённый солнечными батареями орбитальный космический аппарат Juno (Юнона) был запущен в 2011 году. Благодаря опыту с зондом "Галилео", миссия стремится получить данные об изобилии воды в больших регионах огромной планеты.
Более совершенный инструмент для исследования планет в глубоком космосе, микроволновый радиометр Juno (MWR) наблюдает за Юпитером сверху с помощью шести антенн, которые одновременно измеряют температуру атмосферы на разных глубинах.
Принцип работы микроволнового радиометра основан на том, что вода поглощает определённые длины волн микроволнового излучения, то есть здесь используется тот же метод, что и в микроволновых печах для быстрого разогрева пищи.
Измеренные температуры используются для ограничения количества воды и аммиака в глубокой атмосфере, поскольку обе молекулы поглощают микроволновое излучение.

Для получения результатов научная команда Juno использовала данные, собранные во время первых восьми облётов аппаратом газового гиганта.
Первоначально учёные сосредоточились на экваториальной области, поскольку там атмосфера даже на глубине оказалась перемешанной лучше, чем в других регионах.
С орбиты вокруг газового гиганта радиометр смог собрать данные с гораздо большей глубины в атмосфере Юпитера, чем зонд "Галилео" - 150 километров, где давление достигает около 33 бар.

"Мы обнаружили, что содержание воды в зоне экватора больше, чем показал зонд Галилео, - сообщает Ченг Ли, учёный из команды Juno из Калифорнийского университета. - Поскольку экваториальная область Юпитера довольно уникальна, нам необходимо сравнить эти результаты с количеством воды в других регионах".


Направление - на север

Как и было задумано, траектория 53-дневной орбиты Juno вокруг газового гиганта медленно смещается на север, с каждым витком всё больше приближаясь к северному полушарию Юпитера. Научная группа стремится определить, как изменяется содержание атмосферной воды в зависимости от широты и региона, а также каково количество воды в области богатых циклонами полюсов.

24-й научный облёт Юпитера осуществился 17 февраля. Следующий виток завершится 10 апреля 2020 года.

"Каждый виток - это новые открытия, - говорит Болтон. - Юпитер полон загадок. Juno преподнёс нам важный урок: чтобы проверить наши теории, мы должны со всем вниманием отнестись к этой гигантской планете".




Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ jpl/ findings-from-nasas-juno-update-jupiter-water-mystery