Juno - Η αποστολή της NASA στον Δία

Εξερευνώντας τον Δία από τροχιά για να αποκαλύψει τις κρυμμένες αλήθειες του.



Το Flamsteed House στο Royal Observatory είναι κλειστό λόγω βασικής ανακαίνισης μέχρι τις 31 Μαρτίου 2022 και ορισμένοι χώροι γκαλερί δεν θα είναι διαθέσιμοι. Το υπόλοιπο ιστορικό Αστεροσκοπείο παραμένει ανοιχτό και οι επισκέπτες μπορούν να απολαύσουν έκπτωση 50% κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Οι παραστάσεις του Πλανητάριου θα λειτουργούν επίσης κανονικά.

Τοποθεσία Βασιλικό Αστεροσκοπείο

25 Ιουνίου 2020





Το Juno είναι ένα διαστημικό σκάφος που αναπτύχθηκε από τη NASA, το οποίο αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Δία. Τώρα, 4 χρόνια από την αποστολή του, τι αποκάλυψε ο ανιχνευτής Juno για τον μεγαλύτερο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος;

Γιατί λέγεται Juno;

Στη ρωμαϊκή μυθολογία ο Δίας ήταν ο βασιλιάς των θεών και ο καθετήρας Juno πήρε το όνομά του από τη ρωμαϊκή θεά Juno - τη σύζυγο του Δία και τη βασίλισσα των θεών. Ο Δίας ήταν λίγο φλερτ χαρακτήρας και είχε πολλές κυρίες φίλες που ο Juno δεν ήταν ευχαριστημένος. Για να κρύψει την κακία του, ο Δίας τράβηξε ένα πέπλο από σύννεφα γύρω του, αλλά ο Juno κατάφερε να σηκώσει τα σύννεφα και να αποκαλύψει την πραγματική του φύση.



Με την εύστοχη ονομασία, η αποστολή του ανιχνευτή Juno είναι να αποκαλύψει μερικά από τα μυστικά του Δία - ιδίως πώς προέκυψε και εξελίχθηκε, κάτι που με τη σειρά του μπορεί να μας δώσει μια καλύτερη κατανόηση των απαρχών του ηλιακού συστήματος.

Juno και Jupiter

Ποιοι είναι οι κύριοι στόχοι της αποστολής Juno;

  1. Για να υπολογίσουμε πόσο νερό βρίσκεται στην ατμόσφαιρα του Δία (κάτι που θα μας πει ποια από τις τρέχουσες θεωρίες σχηματισμού πλανητών είναι πιθανό να είναι σωστή ή θα τονίσει ότι χρειαζόμαστε νέες).
  2. Για να κοιτάξουμε βαθιά στην ατμόσφαιρα του Δία για να μας δώσετε μια καλύτερη κατανόηση από τι αποτελείται (σύνθεση), τη θερμοκρασία και τις κινήσεις του στα σύννεφα μεταξύ άλλων.
  3. Να χαρτογραφήσει το πεδίο βαρύτητας και το μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτόν τον πλανήτη τέρας που θα υποδείξει πώς είναι η βαθιά δομή του Δία.
  4. Για να εξερευνήσετε τη μαγνητόσφαιρα του Δία (την περιοχή που περιβάλλει τον πλανήτη στην οποία τα φορτισμένα σωματίδια επηρεάζονται από το μαγνητικό του πεδίο) ειδικά κοντά στους πόλους του. Αυτό θα δώσει νέες γνώσεις για το πώς το γιγάντιο μαγνητικό πεδίο του Δία επηρεάζει την ατμόσφαιρά του και τη δημιουργία των σέλας του.

Εναλλακτικοί στόχοι αποστολής

Αν και αυτή ήταν μια ρομποτική αποστολή, το διαστημόπλοιο Juno είχε μερικούς επιβάτες. Στο πλοίο βρίσκονταν τρεις μικροσκοπικές φιγούρες Lego του Δία, του Juno και του Ιταλού αστρονόμου Galileo Galilei - του ανακάλυψε τα τέσσερα μεγαλύτερα φεγγάρια γύρω από τον Δία. Κατασκευασμένες από αλουμίνιο (ένα μη μαγνητικό μέταλλο που δεν παρεμβαίνει στον εξοπλισμό του πλοίου), αυτές οι φιγούρες των 4 cm στάλθηκαν με μια εναλλακτική αποστολή στο μυαλό - να εμπνεύσουν τους νέους να εξερευνήσουν και να αναπτύξουν ενδιαφέρον για το STEM (Επιστήμη, Τεχνολογία, Μηχανική και Μαθηματικά) και να τους ενθαρρύνουμε να φαντάζονται και να ονειρεύονται το ταξίδι μας στον βασιλιά των πλανητών, ένα κατόρθωμα που μπορεί να φαίνεται αδύνατο τώρα, αλλά μια μέρα μπορεί να γίνει πραγματικότητα.



Φιγούρες Juno Lego

Εκκίνηση, ταξίδι και άφιξη στον Δία

Ο ανιχνευτής Juno εκτοξεύτηκε από τον Πολεμικό Αεροπορικό Σταθμό του Cape Canaveral στις 5 Αυγούστου 2011, αλλά η ίδια η αποστολή ξεκίνησε το 2005 όταν εγκρίθηκε από τη NASA μετά από πολλά χρόνια έντονης επιθυμίας για έναν ανιχνευτή Δία. Η μέση απόσταση από τον Δία είναι περίπου 800 εκατομμύρια χιλιόμετρα, αλλά ο ανιχνευτής Juno ταξίδεψε περίπου 2,8 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα για να φτάσει εκεί σε λιγότερο από 5 χρόνια, λόγω μιας τροχιάς που χρησιμοποίησε μια υποβοήθηση βαρύτητας (ενίσχυση ταχύτητας) από τη Γη. Μετά την υποβοήθηση βαρύτητας τον Οκτώβριο του 2013 που του έδωσε ώθηση ταχύτητας άνω των 14.000 km/h, το σκάφος κατευθύνθηκε προς τον Δία. Επιταχυνόμενο από τη βαρύτητα του Δία κατά την προσέγγιση, έφτασε με ταχύτητα περίπου 210.000 km/h και έτσι το διαστημόπλοιο υπέστη εγκαύματα εισαγωγής (πυροδότηση των κινητήρων του) για να το επιβραδύνει και τελικά μπήκε σε τροχιά του Δία στις 5 Ιουλίου 2016.

Ο ανιχνευτής Juno έχει μια εξαιρετικά ελλειπτική πολική τροχιά που σημαίνει ότι η τροχιά του δεν είναι τέλεια κυκλική γύρω από τον Δία και είναι σε θέση να δει τους πόλους του Δία καθαρά (κάτι που δεν έχει ξαναγίνει). Η τροχιά των 53 ημερών το φέρνει κοντά πριν το πάρει πίσω μακριά από τον Δία και παρόλο που προοριζόταν να πέσει ο καθετήρας σε μια μικρότερη τροχιά 14 ημερών, προβλήματα οργάνων που θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο τα εγκαύματα του κινητήρα που απαιτούνται για να επιτευχθεί αυτό σήμαιναν ότι Οι επιστήμονες επέλεξαν να κρατήσουν το Juno στην αρχική του τροχιά 53 ημερών, η οποία κινείται αργά προς τα βόρεια, όπως προβλεπόταν. Έτσι, με κάθε τροχιακή πτήση, θα μπορούμε να βλέπουμε όλο και περισσότερο από το βόρειο ημισφαίριο του Δία με καλύτερη διαύγεια.



Η τροχιά του Juno με προορισμό τον Δία. (Πίστωση: NASA/JPL/SwRI)

Τροφοδοτώντας το διαστημόπλοιο Juno

Υπήρξε μόνο ένα άλλο διαστημόπλοιο που έχει περιφερθεί γύρω από τον Δία - το διαστημόπλοιο Galileo, το οποίο λειτούργησε μεταξύ 1995 και 2003 (και περιελάμβανε τον ανιχνευτή εισόδου Galileo που βούτηξε στην ατμόσφαιρα του Δία το 1995). Το διαστημόπλοιο Galileo ήταν πυρηνικής ενέργειας όπως όλα τα διαστημόπλοια που στάλθηκαν στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα εκείνη την εποχή. Μέχρι στιγμής μακριά από τον Ήλιο, θα ήταν δύσκολο να παραχθεί ενέργεια χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια, αλλά η περιορισμένη πηγή πυρηνικού καυσίμου περιόρισε τη διάρκεια ζωής του.

Το Juno είναι διαφορετικό – είναι το πρώτο διαστημόπλοιο που στέλνεται στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα που παράγει την ισχύ του χρησιμοποιώντας ηλιακές συστοιχίες. Το Juno μπορεί να υπερηφανεύεται για τα 3 μεγαλύτερα φτερά ηλιακής συστοιχίας που χρησιμοποιήθηκαν ποτέ σε έναν πλανητικό ανιχνευτή και όχι μόνο είναι απαραίτητα για την παραγωγή της ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία του διαστημικού σκάφους, αλλά βοηθούν και στη σταθεροποίησή του. Κάθε μία από τις ηλιακές συστοιχίες έχει μήκος 9 μέτρα (περίπου το μήκος ενός λεωφορείου) και μαζί χωρούν σχεδόν 20.000 ηλιακές κυψέλες που θα μπορούσαν να παράγουν 14 kW ισχύος όταν τοποθετηθούν σε απόσταση της Γης από τον Ήλιο - αυτό είναι αρκετό για να τροφοδοτήσει περίπου 100 επιτραπέζιους υπολογιστές! Αλλά ο Δίας είναι πέντε φορές πιο μακριά από τον Ήλιο σε σύγκριση με τη Γη και το φως που θα λάμβαναν οι ηλιακές συστοιχίες όταν αυτή η απόσταση στο ηλιακό σύστημα θα ήταν 25 φορές λιγότερο. Αλλά ο καθετήρας είναι πολύ αποτελεσματικά σχεδιασμένος και με ισχύ μόνο 500 W εξακολουθεί να είναι σε θέση να σπάσει με τη δουλειά του.

Ηλιακή συστοιχία μήκους 9 μέτρων



Τι ανακάλυψε λοιπόν ο Juno τον καιρό που ερευνούσε τον Δία;

Στόχος αποστολής 1: Να υπολογίσουμε πόσο νερό βρίσκεται στην ατμόσφαιρα του Δία (κάτι που θα μας πει ποια από τις τρέχουσες θεωρίες σχηματισμού πλανητών είναι πιθανό να είναι σωστή ή θα τονίσει ότι χρειαζόμαστε νέες).

Τον Φεβρουάριο του 2020, τα πρώτα αποτελέσματα (με χρήση δεδομένων από την αποστολή Juno) της ποσότητας νερού στην ατμόσφαιρα του Δία ανακοινώθηκαν σε μια επιστημονική εργασία που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Astronomy. Υποδηλώνει ότι το νερό αποτελεί περίπου το 0,25% των μορίων στην ατμόσφαιρα στον ισημερινό του Δία. Δεδομένα από τον ανιχνευτή Galileo από το 1995 είχαν δείξει ότι ο Δίας ήταν πολύ πιο ξηρός από τον Ήλιο (είχε λιγότερο άφθονο οξυγόνο και υδρογόνο - τα στοιχεία που συνθέτουν το νερό), αλλά αυτά τα αποτελέσματα από το Juno δείχνουν ότι ο Δίας έχει σχεδόν τρεις φορές περισσότερο νερό από ο Ήλιος κάνει.

Αυτό είναι σημαντικό για να καταλάβουμε πώς μπορεί να έχει σχηματιστεί ο Δίας. Ο Ήλιος ήταν το πρώτο πράγμα που δημιουργήθηκε στο ηλιακό μας σύστημα και από τον δίσκο αερίου και σκόνης που τον περιβάλλει, άρχισαν να σχηματίζονται πλανήτες. Πολλοί επιστήμονες προτείνουν ότι ο Δίας ήταν ο πρώτος πλανήτης που σχημάτισε συσσωρευόμενο και τραβώντας μαζί υλικό από τον δίσκο - περιέχει το μεγαλύτερο μέρος του αερίου και της σκόνης που δεν συμμετείχαν στο σχηματισμό του Ήλιου. Υπάρχουν δύο βασικές θεωρίες για το πώς δημιουργήθηκε ο Δίας: η μία είναι ότι ο Δίας σχηματίστηκε λίγο πολύ εκεί που είναι τώρα και η άλλη θεωρία προτείνει ότι σχηματίστηκε πιο έξω στο ηλιακό σύστημα και από τότε έχει μεταναστεύσει στην τρέχουσα θέση του.

Εάν ο Δίας σχηματιζόταν στην τρέχουσα θέση του από τη συσσώρευση υλικού στο ηλιακό νεφέλωμα, τότε μόνο μερικά στοιχεία θα ήταν σε στερεή φάση, αλλά άλλα βαρύτερα στοιχεία όπως το οξυγόνο και το άζωτο θα ήταν ακόμα πτητικά - θα είχαν εξατμιστεί εύκολα και θα διασκορπίστηκαν έτσι . Αλλά αν ο Δίας σχηματιζόταν πιο έξω στα ψυχρότερα βάθη του ηλιακού συστήματος, αυτά τα βαρύτερα πτητικά στοιχεία θα μπορούσαν να παγώσουν και επομένως να συσσωρευτούν και να ενωθούν μεταξύ τους.

Επειδή το νερό περιέχει οξυγόνο και η αφθονία του οξυγόνου συνδέεται με το πού μπορεί να έχει σχηματιστεί ο πλανήτης, αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση αυτής της διαφοράς.

Σχηματισμός του ηλιακού συστήματος

Αλλά οι επιστήμονες έχουν σημειώσει ότι οι ισημερινές περιοχές του Δία είναι αρκετά μοναδικές - είναι οι μόνες περιοχές όπου όλα φαίνεται να είναι καλά αναμεμειγμένα. Όταν κινείστε βόρεια ή νότια από εκεί, δεν είναι η ίδια περίπτωση. Επομένως, αυτά τα αποτελέσματα πρέπει να συγκριθούν με το πόσο νερό υπάρχει σε άλλες περιοχές. Η ατμόσφαιρα δεν φαίνεται να είναι καλά αναμεμειγμένη και η ποσότητα του νερού μπορεί να διαφέρει σε ολόκληρο τον πλανήτη. Αυτός είναι ίσως ο λόγος για τον οποίο τα δεδομένα από τον ανιχνευτή Galileo δεν είχαν υποδείξει το ίδιο πράγμα - ο ανιχνευτής έτυχε να πέσει σε ένα ιδιαίτερα ξηρό σημείο στον Δία.

όταν ήταν πριν 6 μήνες

Στόχος 2ης αποστολής: Να κοιτάξουμε βαθιά στην ατμόσφαιρα του Δία για να μας δώσετε μια καλύτερη κατανόηση από τι αποτελείται (σύνθεση), τη θερμοκρασία και τις κινήσεις του στα σύννεφα μεταξύ άλλων.

Ο Δίας είναι ένας τεράστιος πλανήτης – περιέχει πολύ υλικό και όσο περισσότερη μάζα υπάρχει, τόσο ισχυρότερη είναι η βαρύτητα. Το Juno έχει ένα όργανο που μπορεί να μετρήσει το πεδίο βαρύτητας γύρω από τον Δία, το οποίο δίνει μια ένδειξη της μάζας του και όταν συνδυάζεται με μετρήσεις του μεγέθους του, αυτό μπορεί να δώσει στους επιστήμονες μια εκτίμηση της πυκνότητας του Δία (πόσο σφιχτά είναι το υλικό σε αυτόν τον πλανήτη). Η γνώση της πυκνότητάς του μπορεί να μας δώσει μια ιδέα για τη σύνθεσή του – από τι πρέπει να είναι κατασκευασμένο (κυρίως ελαφρύτερα στοιχεία ή βαριά στοιχεία).

Κατά μάζα, η ατμόσφαιρα του Δία αποτελείται από περίπου 75% υδρογόνο και 24% ήλιο με το υπόλοιπο ποσοστό να αποτελείται από άλλα στοιχεία. Υπάρχουν ίχνη μεθανίου, υδρατμών, αμμωνίας και ενώσεων με βάση το πυρίτιο, καθώς και άνθρακα, αιθάνιο, υδρόθειο, νέον, οξυγόνο, φωσφίνη και θείο. Πιο βαθιά στο εσωτερικό του, περιέχει πιο πυκνά υλικά οπότε η σύνθεσή του αλλάζει ελαφρώς.

Ο Δίας χαρακτηρίζεται με εναλλασσόμενες ζώνες αερίου που είναι γνωστές ως ζώνες και ζώνες – κάτι που παρατήρησε ο ίδιος ο αστρονόμος Γαλιλαίος πριν από 400 χρόνια. Οι ζώνες είναι σύννεφα κατά μήκος των πίδακες του Δία - απίστευτα ισχυροί άνεμοι που πνέουν σε ολόκληρο τον πλανήτη με ταχύτητα περίπου 360 km/h. Οι άνεμοι στις σκουρόχρωμες ζώνες ρέουν προς μία κατεύθυνση και οι άνεμοι ρέουν προς την αντίθετη κατεύθυνση στις φωτεινότερες ζώνες. Ακριβώς όπως στη Γη, τα σύννεφα ποικίλλουν σε υψόμετρο / ύψος. Στον Δία, οι κορυφές των νεφών είναι ψηλότερα σε μια ζώνη παρά σε μια ζώνη. Το πόσο βαθιά αυτές οι πολύχρωμες ζώνες και άλλα χαρακτηριστικά διεισδύουν στην ατμόσφαιρα του Δία είναι ένα από τα βασικά ερωτήματα στα οποία οι επιστήμονες ψάχνουν να βρουν την απάντηση.

Οι ζώνες και οι ζώνες στον Δία μαζί με τη Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα

Οι ζώνες και οι ζώνες στον Δία μαζί με τη Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα. (Πίστωση: NASA/JPL/Πανεπιστήμιο της Αριζόνα)

Για ένα στερεό σώμα το πεδίο βαρύτητας γύρω του είναι συμμετρικό, αλλά σε ένα σώμα που έχει εσωτερική δυναμική δηλ. είναι κατασκευασμένο από υγρό ή αέριο έτσι αλλάζει και δεν είναι σταθερό, το πεδίο βαρύτητας μπορεί να έχει ασυμμετρίες και αποδίδεται σε διαφορική περιστροφή (ότι ορισμένα μέρη περιστρέφεται/περιστρέφεται πιο γρήγορα από άλλα μέρη του) και είναι επίσης αποτέλεσμα βαθιών ατμοσφαιρικών ροών. Ο Juno ανακάλυψε ότι το πεδίο βαρύτητας γύρω από τον Δία ποικίλλει από πόλο σε πόλο. Όσο πιο βαθιά είναι οι πίδακες, τόσο περισσότερη μάζα πρέπει να περιέχουν, κάτι που θα οδηγούσε σε ισχυρότερο σήμα στο πεδίο βαρύτητας. Έτσι, μελετώντας το πεδίο της βαρύτητας, οι επιστήμονες μπόρεσαν να προσδιορίσουν πόσο βαθιά αυτά τα ρεύματα πίδακα διεισδύουν κάτω από τα ορατά σύννεφα. Τα δεδομένα του Juno έδειξαν ότι αυτό το καιρικό στρώμα του Δία τρέχει πολύ πιο βαθιά από το αναμενόμενο και είναι πιο ογκώδες από το προβλεπόμενο - φτάνοντας σε βάθη 3000 km. Οι ατμοσφαιρικοί άνεμοι στον Δία εκτείνονται βαθιά στην ατμόσφαιρά του και διαρκούν πολύ περισσότερο από παρόμοιες ατμοσφαιρικές διεργασίες που παρατηρούμε στη Γη.

Το ραδιόμετρο μικροκυμάτων (MWR) της Juno είναι σε θέση να μετρήσει την ατμοσφαιρική θερμοκρασία σε διαφορετικά βάθη χάρη στο νερό και η αμμωνία που είναι καλοί απορροφητές ορισμένων μηκών κύματος ακτινοβολίας μικροκυμάτων. Είναι η διαδικασία με την οποία λειτουργούν οι φούρνοι μικροκυμάτων μας – τα μόρια του νερού στο φαγητό μας απορροφούν την ενέργεια από τα μικροκύματα, τα οποία θερμαίνουν γρήγορα τα τρόφιμα. Οι μετρήσεις θερμοκρασίας δίνουν επομένως μια ένδειξη της ποσότητας νερού και αμμωνίας βαθιά στην ατμόσφαιρα του Δία. Τα δεδομένα MWR έδειξαν ότι η ζώνη κοντά στον ισημερινό διεισδύει μέχρι κάτω (από την κορυφή των νεφών αμμωνίας μέχρι βαθιά μέσα στην ατμόσφαιρά της), ενώ οι ζώνες και οι ζώνες σε άλλα γεωγραφικά πλάτη φαίνεται να εξελίσσονται σε άλλες δομές. Ο ανιχνευτής Galileo έστειλε πίσω δεδομένα από βάθη 120 χιλιομέτρων προτού σταματήσει να εκπέμπει – σε αυτά τα βάθη, βίωσε πιέσεις περίπου 22 φορές την ατμοσφαιρική πίεση στη Γη. Αλλά οι αισθητήρες στο Juno μπορούν να μετρήσουν τη θερμοκρασία και επομένως την περιεκτικότητα σε νερό σε βάθη όπου η πίεση είναι 50 φορές μεγαλύτερη από αυτή που δοκίμασε ο ανιχνευτής Galileo.

Η πολική τροχιά του Juno προσφέρει εκπληκτική θέα στους πόλους του και το JunoCam (το όργανο κάμερας που αρχικά προοριζόταν ως εργαλείο προσέγγισης) έχει τραβήξει μερικές πραγματικά εκπληκτικές εικόνες στροβιλιζόμενων καταιγίδων στο μέγεθος της Γης, πυκνά συγκεντρωμένες στο βόρειο και νότιο πόλο του Δία. Στον βόρειο πόλο, υπάρχουν οκτώ καταιγίδες που περικυκλώνουν έναν μόνο πολικό κυκλώνα και στο νότο, πέντε άλλες διατεταγμένες γύρω από μια κεντρική καταιγίδα εντοπίστηκαν νωρίς. Αλλά σε μια πιο πρόσφατη πτήση, ο Juno εντόπισε ένα άλλο που φύτρωσε στο νότο. Αυτές οι καταιγίδες παραμένουν ένα μυστήριο για τους επιστήμονες όσον αφορά το πώς σχηματίστηκαν, γιατί οι καταιγίδες παραμένουν σε σταθερή διαμόρφωση και δεν φαίνεται να διακόπτουν η μία την άλλη καθώς τρίβονται η μία δίπλα στην άλλη και γιατί δεν φαίνονται ίδιες και στους δύο πόλους. Στο υπόλοιπο της αποστολής, ο Juno θα συνεχίσει να παρακολουθεί αυτές τις καταιγίδες για να δει αν επιμένουν ή αν εξαφανίζονται.

ο νότιος πόλος του Δία

Η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα είναι ίσως το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του Δία – είναι μια γιγάντια μαινόμενη καταιγίδα στην επιφάνειά του. Αν και οι επιστήμονες το αναφέρουν ως καταιγίδα, τεχνικά είναι ένας αντικυκλώνας. Όπως οι κυκλώνες και οι τυφώνες στη Γη, το κέντρο είναι σχετικά ήρεμο, αλλά στην περιφέρεια, οι άνεμοι εκτοξεύονται μεταξύ 430 και 680 km/h.

Ενώ έχει στροβιλιστεί στον Δία για τουλάχιστον 200 χρόνια (τόσο καιρό έχουν συγκεντρωθεί γραπτά αρχεία για το μέγεθός του), μπορεί στην πραγματικότητα να είναι περισσότερο από 350 χρόνια εάν οι πρώιμες παρατηρήσεις μιας παρόμοιας καταιγίδας είναι πράγματι από την ίδια τη Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα. Αλλά αυτό το τεράστιο χαρακτηριστικό συρρικνώνεται επιβραδύνεται - τα αρχεία για το μέγεθός του έδειχναν ότι γινόταν μικρότερο τον 19ο αιώνα και ξανά όταν οι ανιχνευτές ταξιδιωτών της NASA πέταξαν κοντά το 1979 (εκείνη την εποχή ήταν διπλάσιο από το πλάτος της Γης). Αλλά το Juno έχει αποκαλύψει ότι είναι πιο κοντά στη μιάμιση φορά το πλάτος της Γης τώρα. Αυτή η συρρίκνωση επιταχύνθηκε αισθητά τον Μάιο του 2019 και έχουν παρατηρηθεί λεπίδες ή νιφάδες (θραύσματα της καταιγίδας) να σπάζουν την κύρια καταιγίδα που αναβλύζει στις γύρω περιοχές, ενώ ραβδώσεις σκούρου υλικού έχουν επίσης παρατηρηθεί να ρέουν από το σημείο - κάνοντάς το να φαίνεται ως αν και η καταιγίδα ξετυλίγεται. Έτσι οι αστρονόμοι, επαγγελματίες και ερασιτέχνες, παρακολουθούν μανιωδώς.

Οι καταιγίδες στον Δία είναι πιο επίμονες από παρόμοια φαινόμενα στη Γη. Οι τυφώνες αναπτύσσονται πάνω από τους ωκεανούς και όταν φτάνουν στη στεριά, διαλύονται επειδή η γη ενεργεί για να επιβραδύνει τις καταιγίδες. Αλλά επειδή ο Δίας δεν έχει επιφάνεια καθαυτή, οι άνεμοι μπορούν να διαρκέσουν για αιώνες – μερικές φορές μάλιστα συγχωνεύονται για να σχηματίσουν μεγαλύτερα χαρακτηριστικά ή απλώς καταβροχθίζουν μικρότερες γειτονικές καταιγίδες που πλησιάζουν πολύ.

Θεωρείται ότι η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα είναι μια περιοχή ανόδου, όπου τα σύννεφα ανεβαίνουν από κάτω. Μερικές καταιγίδες είναι λευκές, αλλά πολλές παίρνουν το κόκκινο-κόκκινο χρώμα όπως αυτή η καταιγίδα. Η ακριβής χημεία και σύνθεση που είναι υπεύθυνη για το χρώμα μένει να καθοριστεί, αλλά το κύριο στρώμα νέφους της Μεγάλης Ερυθράς Κηλίδας είναι πιθανώς αμμωνία, οπότε αυτό μπορεί να είναι ένας παράγοντας.

Αν και μπορούμε να δούμε το πλάτος του και να μετρήσουμε το μέγεθός του, οι επιστήμονες ήταν πρόθυμοι να ανακαλύψουν πόσο βαθιά διεισδύει αυτή η καταιγίδα. Ο Juno μπόρεσε να αποκαλύψει ότι αυτή η Μεγάλη Κηλίδα έχει ρίζες που φτάνουν περίπου 300 χιλιόμετρα κάτω στην ατμόσφαιρά της – δηλαδή 50 έως 100 φορές πιο βαθιά από τους ωκεανούς της Γης. Επιπλέον, η βάση της καταιγίδας είναι πιο ζεστή από ό,τι στην κορυφή και δεδομένου ότι οι άνεμοι συνδέονται με διαφορές στη θερμοκρασία (θερμός αέρας ανεβαίνει και κρύος αέρας βυθίζεται), η ζεστασιά στη βάση της Μεγάλης Ερυθράς Κηλίδας εξηγεί κάπως την άγρια ​​φύση. άνεμοι που φαίνονται στην κορυφή της ατμόσφαιρας.

Ζεύς

Η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα του Δία φτιαγμένη από εικόνες JunoCam. (Πίστωση: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart)

Στόχος 3 της αποστολής: Να χαρτογραφηθεί το πεδίο βαρύτητας και το μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτόν τον πλανήτη τέρας που θα υποδείξει πώς είναι η βαθιά δομή του Δία.

Ένα από τα όργανα στο Juno είναι το όργανο βαρύτητας που μετρά τη βαρυτική έλξη από τον Δία στο διαστημόπλοιο καθώς περιφέρεται γύρω του. Έτσι, αν το Juno αισθανθεί ένα ισχυρότερο ρυμουλκό ενώ πετάει πάνω από μια περιοχή, μπορεί να συμπεράνει ότι υπάρχει κάτι πιο ογκώδες ή μια πυκνή περιοχή κάτω από τα ορατά σύννεφα πάνω από την οποία πετάει. Τώρα που ο Juno έχει κάνει αρκετές τροχιές γύρω από τον Δία για να δημιουργήσει μια παγκόσμια εικόνα του, τα δεδομένα βαρύτητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δημιουργηθεί ένας χάρτης πυκνότητας αυτού του γίγαντα αερίου και να αρχίσει να αποκαλύπτεται τι κρύβεται από κάτω.

Υπάρχουν οι δύο κύριες θεωρίες για το σχηματισμό του Δία – ότι τα βραχώδη συντρίμμια συνενώθηκαν αργά για να σχηματίσουν έναν συμπαγή πυρήνα που στη συνέχεια μεγάλωσε αρκετά ώστε η βαρυτική του έλξη παρέσυρε το ελαφρύτερο αέριο υδρογόνο και ήλιο σε ένα τεράστιο περίβλημα γύρω του και η άλλη ιδέα είναι ότι ο Δίας γεννήθηκε από έναν πυκνό θύλακα αερίου που έμεινε να στροβιλίζεται γύρω από τον Ήλιο και κατέρρευσε μόνος του χωρίς βραχώδη πυρήνα. Επειδή δεν μπορούμε να κοιτάξουμε απευθείας στο κέντρο του Δία, η εσωτερική του δομή είναι κάτι που διέφευγε από τους επιστήμονες για δεκαετίες.

Αλλά για άλλη μια φορά ο Juno έκανε πρόοδο με αυτό. Από την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση από τη βαρύτητα του Δία σε διαφορετικές περιοχές, οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την κατανομή μάζας σε όλο τον πλανήτη χρησιμοποιώντας το όργανο βαρύτητας. Τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι ο Δίας έχει έναν πυρήνα αλλά όχι όπως αναμενόταν. Δεν είναι μια συμπαγής μπάλα στο κέντρο με μια σαφώς καθορισμένη άκρη, αντίθετα είναι ένας ασαφής αραιωμένος πυρήνας που απλώνεται σχεδόν στο ήμισυ της διαμέτρου 143.000 χιλιομέτρων του Δία. Ο λόγος για αυτό εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο, αν και κάποιοι έχουν προτείνει ότι μπορεί να χτυπήθηκε στην πρώιμη ζωή του και κατέληξε να αναμειγνύει υλικό από τον πυρήνα με το περίβλημα υδρογόνου-ηλίου που γεμίζει μεγάλο μέρος του υπόλοιπου πλανήτη. Επομένως, ο Δίας είναι απίθανο να έχει στερεό πυρήνα, αλλά καθώς το αέριο από τα ανώτερα στρώματα συνθλίβεται και συστέλλεται στα στρώματα από κάτω, οι υψηλές θερμοκρασίες και οι πιέσεις σύνθλιψης είναι πιθανό να μετατρέψουν το αέριο σε κάτι πιο εξωτικό - υγρό μεταλλικό υδρογόνο (όπως στον υδράργυρο που βρίσκεται στα παλιά θερμόμετρα). Η θερμοκρασία στα σύννεφα του Δία είναι περίπου μείον 145 βαθμοί Κελσίου, αλλά κοντά στο κέντρο του πλανήτη, είναι πολύ πιο ζεστή - θα μπορούσε να είναι περίπου 24.000 βαθμούς Κελσίου, κάτι που θα τον έκανε θερμότερο από την επιφάνεια του Ήλιου.

Ζεύς

Η εσωτερική δομή του Δία έχει επιπτώσεις σε άλλες πτυχές της συμπεριφοράς του. Πριν από την αποστολή Juno, οι επιστήμονες γνώριζαν καλά ότι ο Δίας είχε ένα απίστευτα έντονο μαγνητικό πεδίο, αλλά τα αποτελέσματα από το όργανο μαγνητομέτρου του Juno έδειξαν ότι είναι πιο ακανόνιστο και ισχυρότερο από ό,τι περίμενε κανείς - περίπου 10 φορές ισχυρότερο από το ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο που βρέθηκε στη Γη .

Το μαγνητόμετρο του διαστημικού σκάφους, που χαρτογραφεί το μεγάλο μαγνητικό πεδίο του αέριου γίγαντα βρήκε αυτό το εντυπωσιακό αποτέλεσμα στην πρώτη του τροχιά γύρω από τον Δία και τώρα που έχουν συγκεντρωθεί αρκετά δεδομένα για να παρέχουν παγκόσμια κάλυψη και να χαρτογραφήσουν το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη - κάτι πολύ περίεργο έχει προκύψει. Το μαγνητικό πεδίο είναι ογκώδες και ανομοιόμορφο – πιο ισχυρό σε κάποιο μέρος από άλλα. Το μαγνητικό πεδίο της Γης παράγεται από ένα δυναμό. Γύρω από τον στερεό πυρήνα της Γης υπάρχει ένα ηλεκτρικά αγώγιμο ρευστό - υγρός σίδηρος. Η περιστροφή αυτού του ρευστού παράγει το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας. Ο πλανήτης μας έχει δύο πόλους – τον ​​βόρειο και τον νότιο μαγνητικό πόλο με γραμμές πεδίου που μοιάζουν με αυτές γύρω από έναν ραβδωτό μαγνήτη – έτσι είναι σαν να υπάρχει ένας μαγνήτης ράβδου μέσα στη Γη. Αλλά το μαγνητικό πεδίο του Δία είναι λίγο μπερδεμένο και αυτό είναι υποτιμητικό. Φανταστείτε να παίρνετε έναν μαγνήτη ράβδου, να τον λυγίζετε έτσι ώστε να μην είναι τελείως ίσιος, μετά να ξεφτίζετε το ένα άκρο του και να χωρίζετε το άλλο άκρο στα δύο πριν τον τοποθετήσετε στον πλανήτη με ασαφή γωνία. Στο βορρά, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου φυτρώνουν σαν ζιζάνια και όχι γύρω από ένα κεντρικό σημείο (αυτό είναι το ξεφτισμένο άκρο) και μετά στο νότο - ορισμένες γραμμές πεδίου συγκλίνουν και εισέρχονται στον πλανήτη γύρω από τον νότιο πόλο του, αλλά μερικές συγκεντρώνονται πίσω στον πλανήτη μια περιοχή ακριβώς νότια του ισημερινού – η οποία έχει πλέον ονομαστεί η Μεγάλη Μπλε Κηλίδα (ελαφρώς μπερδεμένη επειδή δεν είναι καταιγίδα). Η ανομοιομορφία του μαγνητικού πεδίου του Δία υποδηλώνει ότι το μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί πιο κοντά στην επιφάνεια από μια δράση δυναμό και όχι από βαθιά μέσα, όπως η Γη.

Στόχος της αποστολής 4: Να εξερευνήσετε τη μαγνητόσφαιρα του Δία (την περιοχή που περιβάλλει τον πλανήτη στην οποία τα φορτισμένα σωματίδια επηρεάζονται από το μαγνητικό του πεδίο) ειδικά κοντά στους πόλους του. Αυτό θα δώσει νέες γνώσεις για το πώς το γιγάντιο μαγνητικό πεδίο του Δία επηρεάζει την ατμόσφαιρά του και τη δημιουργία των σέλας του.

Αν και εντοπίστηκε για πρώτη φορά από το διαστημικό σκάφος Voyager 1, οι πολικές τροχιές του Juno το καθιστούν ιδανικό για τη μελέτη του πιο ισχυρού βόρειου σέλας στο ηλιακό σύστημα. Καλύπτουν τεράστιες περιοχές των πόλων του πλανήτη και είναι εκατοντάδες φορές πιο ενεργητικοί από τα σέλας στη Γη. Η πολική τροχιά του Juno κατέστησε επίσης δυνατή την αποτύπωση όψεων του νότιου σέλας του Δία που είναι δύσκολο να φανούν από τη Γη λόγω της γωνίας του Δία από τη γη μας όψη.

Τα Aurorae προκαλούνται από επιταχυνόμενα φορτισμένα σωματίδια που συγκρούονται με άτομα στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, τα οποία στη συνέχεια απελευθερώνουν ενέργεια με τη μορφή φωτός. Στη Γη, είναι φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο (ο ηλιακός άνεμος) που αλληλεπιδρούν με τα άτομα στην ατμόσφαιρα της Γης και έχουν ως αποτέλεσμα το θεαματικό φως που δείχνουν ότι τα σέλας είναι. Τα φορτισμένα σωματίδια οδηγούνται στους πόλους του πλανήτη από το μαγνητικό πεδίο της Γης και η προκύπτουσα φωτεινή παράσταση εμφανίζεται στο ορατό φως. Τα σέλας του Δία είναι τα ίδια θεμελιώδη φαινόμενα, ωστόσο δεν προκαλούνται μόνο από φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο, αλλά και από ένα από τα φεγγάρια του - την Ιώ. Αλλά το σέλας του Δία λάμπει έντονα στις υπεριώδεις ακτίνες και στις ακτίνες Χ (ακόμα και σε άλλο φως) παρά στο ορατό φως, έτσι ώστε να μην μπορούμε να το δούμε με τα μάτια μας.

Ζεύς

Αλλά μια στο τόσο, το σέλας μεγαλώνει σε μια απίστευτη ένταση και δεν είναι από μια γιγάντια ηλιακή έκλαμψη. Η Ιώ είναι ένα ηφαιστειακά ενεργό φεγγάρι. Ο ηφαιστειογενής είναι το αποτέλεσμα της βαρυτικής έλξης στην επιφάνεια και το εσωτερικό του, όχι μόνο από τον Δία αλλά και από τα άλλα μεγάλα φεγγάρια του Γαλιλαίου που περιφέρονται σε κοντινή απόσταση. Αυτή η έλξη ή παλιρροϊκή κάμψη θερμαίνει το εσωτερικό του Io οδηγώντας μια σειρά από ηφαίστεια να εκραγούν στην επιφάνειά του. Ο Io εκτοξεύει τεράστια ποσότητα διοξειδίου του θείου και αερίου οξυγόνου στο διάστημα και αυτό το υλικό ιονίζεται ή φορτίζεται από το μαγνητικό πεδίο του Δία και σχηματίζει μια τροχιά σε σχήμα ντόνατς ή δακτύλιο γύρω από την τροχιά της Io που ονομάζεται Io Plasma Torus. Με την πάροδο του χρόνου τα σωματίδια στη μαγνητόσφαιρα αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα του Jovian για να παράγουν σέλας, αλλά μερικές φορές υπάρχουν επίσης φωτεινά σημεία στο σέλας από φορτισμένα σωματίδια που ρέουν απευθείας από την Ιώ προς την ατμόσφαιρα του Δία.

Ζεύς

Το μεγάλο μαγνητικό πεδίο του Δία είναι αποτέλεσμα της γρήγορης περιστροφής του. Παρόλο που ο Δίας είναι δέκα φορές ευρύτερος από τη Γη, καταφέρνει να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του δυόμισι φορές πιο γρήγορα, κάνοντας μια πλήρη περιστροφή σε λιγότερο από 10 ώρες. Καθώς το Juno έχει αρχίσει να αποκαλύπτει, το μαγνητικό πεδίο δεν δημιουργείται από τον πυρήνα του Δία, αλλά από το μεταλλικό στρώμα υδρογόνου που βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια. Η μαγνητόσφαιρα του Δία (η περιοχή του διαστήματος γύρω του που επηρεάζει τα φορτισμένα σωματίδια) είναι μεγαλύτερη από τον Ήλιο! Και λόγω του απίστευτα ισχυρού μαγνητικού του πεδίου, τα σέλας στον Δία δεν σταματούν ποτέ. Η εξαιρετικά γρήγορη περιστροφή είναι αυτό που πιστεύεται ότι επιταχύνει τα φορτισμένα σωματίδια στην ατμόσφαιρα του Δία πιο δυνατά με ένα μεγαλύτερο λάκτισμα.

Επειδή τα σέλας στη Γη και στον Δία είναι τα ίδια φαινόμενα, οι επιστήμονες περίμεναν ότι τα φορτισμένα σωματίδια που συνθλίβονται στην ατμόσφαιρα του Δία θα έπαιρναν την ενέργειά τους με τον ίδιο τρόπο που κάνουν τα φορτισμένα σωματίδια που συγκρούονται με την ατμόσφαιρα της Γης. Δηλαδή, όταν φορτισμένα σωματίδια σπειροειδώς γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου ενός πλανήτη, δημιουργούν ηλεκτρικά ρεύματα στο χώρο πάνω από την ατμόσφαιρα, οπότε όταν τα φορτισμένα σωματίδια ταξιδεύουν μέσα από αυτό το διάστημα παίρνουν ένα ενεργειακό χτύπημα και επιταχύνονται - είναι όταν αυτά τα επιταχυνόμενα σωματίδια συγκρούονται με ένα άτομο στην ατμόσφαιρα, που παράγονται τα πιο ενεργητικά σέλας. Αλλά ο Juno έχει συμπεράνει ότι αυτός ο ίδιος μηχανισμός δεν είναι υπεύθυνος για την παραγωγή ΟΛΩΝ των έντονων σέλας στον Δία. Στην πρώτη του πτήση πάνω από το σέλας δεν ανίχνευσε τα φορτισμένα σωματίδια να εκτοξεύονται στην ατμόσφαιρα του Δία με τη μεγαλύτερη κλωτσιά όπως αναμενόταν, αλλά στις επόμενες πτήσεις το έκανε.

Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι ακριβώς πάνω από την ατμόσφαιρα του Δία υπάρχει μια περιοχή πλάσματος (μια περιοχή ιονισμένων ή φορτισμένων σωματιδίων) και όπως οι σέρφερ στα κύματα του ωκεανού, τα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν από τα κύματα στο πλάσμα. Σιγά-σιγά, αλληλεπιδρώντας με πολλά κύματα, τα σωματίδια αποκτούν ενέργεια και αυτά που παίρνουν την περισσότερη ενέργεια θα μπορούσαν να είναι η άλλη αιτία του έντονου σέλας του Δία, αλλά εξακολουθεί να είναι μια υπόθεση καθώς οι ερευνητές δεν έχουν επεξεργαστεί πώς θα μπορούσαν να δημιουργηθούν αυτά τα κύματα πλάσματος.

Το μέλλον του Juno

Τον Ιούνιο του 2012, η ​​NASA παρέτεινε τη διάρκεια ζωής της αποστολής μέχρι τον Ιούλιο του 2021. Η εξαιρετικά ελλειπτική τροχιά του Juno που θα τον έφερνε κοντά στον πλανήτη για λίγες μόνο ώρες από την τροχιά των 53 ημερών ήταν να περιορίσει τη συνεχή έκθεση σε ακτινοβολία για να προστατεύσει τα ευαίσθητα εξαρτήματα του διαστημικού σκάφους από την καταστροφή. Αναμενόταν να διαρκέσει μόνο για μερικά κοντινά περάσματα, αλλά εξακολουθεί να πετάει δυνατά σήμερα! Η μεγαλύτερη τροχιά 53 ημερών σημαίνει ότι θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος για τη συλλογή των απαραίτητων επιστημονικών δεδομένων και παρόλο που έχει απεριόριστη πηγή καυσίμου καθώς λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια, η συνολική διάρκεια της αποστολής πιθανότατα θα περιοριστεί από τον προϋπολογισμό και όχι από την έκθεση στην ακτινοβολία από το ταξίδι μέσω της μαγνητόσφαιρας του Δία (καθώς τα πάει καλά μέχρι τώρα).

Κατά το τελευταίο προγραμματισμένο έτος της περιφοράς του γύρω από τον Δία, το Juno θα συνεχίσει να εμβαθύνει στα μυστήρια του Δία και θα βοηθήσει στην παροχή πιο εις βάθος απαντήσεων στους στόχους της αποστολής του. Στα μισά της αποστολής του ολοκλήρωσε την παγκόσμια κάλυψη του Δία, αν και με χοντρή λεπτομέρεια, αλλά στους υπόλοιπους μήνες θα ολοκληρώσει τις τροχιές που το έχουν περάσει στα μισά των προηγούμενων τροχιών, πράγμα που σημαίνει ότι θα είναι σε θέση να παρέχει μια ακόμη πιο λεπτομερή εικόνα ολόκληρου του πλανήτη. Εάν ο ανιχνευτής παραμείνει υγιής, μπορεί να υπάρχει πιθανότητα να επεκταθεί μετά το τέλος της πρώτης αποστολής του, αλλά η κατάσταση των οργάνων του διαστημικού σκάφους θα πρέπει να παρακολουθείται για να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος ανεπιθύμητης σύγκρουσης με τα φεγγάρια του Δία σε περίπτωση που το διαστημόπλοιο αποτύχει να λειτουργήσει ως απαιτείται και φυσικά οι προϋπολογισμοί θα πρέπει να αναθεωρηθούν.

Ακολουθία εικόνων διαστημικού σκάφους Juno

Ακολουθία εικόνων διαστημικού σκάφους Juno. (Πίστωση: NASA / JPL-Caltech /SwRI / MSSS / Brian Swift / Seán Doran)

Στο τέλος της αποστολής, η NASA σχεδιάζει να εκτοπίσει το διαστημικό σκάφος Juno στέλνοντάς το να βουτήξει στην ατμόσφαιρα του Δία - όπως έκανε το σκάφος Galileo το 1995. Όταν έκανε την επικίνδυνη κάθοδό του, ο ανιχνευτής Galileo χτυπήθηκε από ανέμους 640 km/h και θερμάνθηκε σε διπλάσιες θερμοκρασίες από αυτές που παρατηρούνται στην επιφάνεια του Ήλιου – αυτό είναι που επιφυλάσσει το Juno όταν ουρλιάζει στην ατμόσφαιρα του Δία. Η εκτόξευση έχει προγραμματιστεί για τις 30 Ιουλίου 2021 και ελέγχοντας το διαστημικό σκάφος κατά τον θάνατό του, θα διασφαλίσει ότι το διαστημικό σκάφος λειτουργεί σύμφωνα με τις Οδηγίες Πλανητικής Προστασίας της NASA, ώστε να μην παραμείνει ως διαστημικά συντρίμμια ή κίνδυνος μόλυνσης από σύγκρουση με άλλα ουράνια σώματα, καθώς θα πιθανόν να αποσυντεθεί καθώς βυθίζεται βαθύτερα στην ατμόσφαιρα του Δία. Όμως, κατά τις τελευταίες στιγμές του, αναμφίβολα θα παράσχει πολλά αναμενόμενα και κρίσιμα δεδομένα για το εσωτερικό του Δία.

Γράφτηκε από την Dhara Patel - Astronomy Education Officer (Ιούνιος 2020)