Nature publikuotas tyrimas atskleidė astronomus seniai kamavusią Jupiterio „energijos krizės“ paslaptį.

Leicesterio universiteto mokslininkai su kolegomis iš Japonijos kosmoso agentūros (JAXA), Bostono universiteto, NASA Goddard kosminių skrydžių centru ir Nacionaliniu informacijos ir komunikacijų technologijų institutu (NICT) darbavosi, siekdami įminti Jupiterio atmosferos kaitimo mechanizmą.

Naudodami Keck observatorijos Havajuose duomenis, astronomai sukūrė kol kas detaliausią Jupiterio viršutinių atmosferos sluoksnių vaizdalapį, taip pirmą kartą patvirtindami, kad galingos Jupiterio pašvaistės šildo visą planetą.

Dr. James O’Donoghue yra tyrėjas iš JAXA ir PhD laipsnį baigė Leicesteryje, ir yra pirmasis straipsnio autorius. Jis sakė:

„Iš pradžių bandėme sukurti globalų Jupiterio viršutinės atmosferos vaizdalapį Leicesterio universitete. Tačiau signalas nebuvo pakankamai ryškus, kad galėtume ką nors išvysti už Jupiterio ašigalių regionų, bet iš to darbo pasimokę, po kelių metų galėjome užsisakyti laiką viename iš didžiausių ir pažangiausių Žemės teleskopų.

„Naudodami Keck teleskopą, sudarėme itin detalius temperatūros vaizdalapius. Atradome, kad pašvaistėse temperatūra labai aukšta, kaip ir tikėjomės iš ankstesnio darbo, tačiau dabar galėjome stebėti, kad Jupiterio pašvaistė, nors ir užima mažiau nei 10% planetos ploto, panašu, apšildo visą planetą.

„Šis tyrimas buvo pradėtas Leicesteryje ir tęsiamas Bostono universitete ir NASA, o užbaigtas JAXA, Japonijoje. Bendras kiekvieno žemyno mokslininkų darbas, panaudojant apie Jupiterį skriejančio NASA Juno zondo ir JAXA Hisaki kosminės observatorijos duomenis, prisidėjo prie šio tyrimo sėkmės.“

Dr. Tom Stallard ir Dr. Henrik Melin abu yra iš Leicesterio universiteto Fizikos ir astronomijos mokyklos. Dr. Stallard pridūrė:

„Labai seniai kamavo mūsų sistemos dujinės milžinės retos ašigalių atmosferos mįslė. Kiekviena kosminė Jupiterio misija, o ir stebėjimų iš Žemės, pastarųjų 50 metų matavimai nuosekliai rodė, kad pusiaujo temperatūra yra pernelyg aukšta.

„Ši „energijos krizė“ nuolat kėlė klausimą – ar turimi modeliai neteisingai modeliuoja pašvaisčių šilumos srautus, o gal yra koks nors kitas nežinomas šilumos šaltinis prie pusiaujo?

„Mūsų straipsnyje aprašomas šio regiono sužymėjimas beprecedenčiu tikslumu, parodžiusiu, kad Jupiteryje pusiaujo kaitimas tiesiogiai susijęs su pašvaisčių kaitinimu.“

Pašvaistės randasi, kai elektringas daleles pagauna planetos magnetinis laukas. Jos skrieja spirale išilgai lauko linijų link magnetini ašigalių, pakeliui susidurdamos su atmosferos atomais ir molekulėmis, ir taip atiduodamos joms energiją ir skleisdamos šviesą.

Žemėje taip kyla šiaurės ir pietų pašvaisčių šviesos šou. Jupiteryje, iš Io vulkaninio palydovo svaidoma medžiaga sukelia galingiausias Saulės sistemos pašvaistes ir smarkiai kaitina poliarinius planetos regionus.

Nors Jupiterio pašvaistės jau seniai laikytos pagrindinėmis planetos atmosferos kaitinimo kandidatėmis, ligšioliniai stebėjimai užtikrintai negalėjo to nei patvirtinti, nei paneigti.

Ankstesni viršutinės atmosferos temperatūros vaizdalapiai buvo formuojami, panaudojant vos kelių pikselių dydžio atvaizdus. Tokios raiškos temperatūros pokyčiams planetos atmosferoje užfiksuoti nepakanka, tad ir užuominų apie papildomos šilumos šaltinius juose maža.

Tyrėjai sukūrė penkis skirtingos erdvinės raiškos atmosferos temperatūros vaizdalapius. Didžiausios raiškos vaizdalapiuose vidutiniai temperatūros rodmenys pateikiami dviejų ilgumos laipsnių „aukščio“ ir dviejų platumos laipsnių „pločio“ kvadratais.

Komanda įvertino daugiau nei 10 000 individualių duomenų taškų, vaizdalapin perkeldami tik mažesnio nei penkių procentų neužtikrintumo taškus.

Dujinių gigantų atmosferų modeliai rodo, kad jos veikia kaip gigantiški šaldytuvai, perkeliantys šilumą iš pusiaujo link ašigalių, ir ten nuleidžiantys ją į žemesnius atmosferos sluoksnius.

Naujieji atradimai demonstruoja, kad greitai besikeičiančios pašvaistės gali energijos bangas ginti prieš šią į ašigalius nukreiptą tėkmę, taip suteikdami karščiui galimybę pasiekti pusiaują.

Be to, stebėjimai parodė lokaliai kaistantį regioną po pašvaiste, ką galima interpretuoti kaip ribotą link pusiaujo sklindančio karščio bangą, patvirtinančią šilumos perkėlimo proceso kilmę.

Leicesterio universiteto planetiniai tyrimai apima Jupiterio sistemą, nuo planetos magnetosferos ir atmosferos, iki margos jo palydovų kolekcijos.

Tyrėjai iš Leicesterio yra Juno misijos, sudarytos iš globalios planetą milžinę stebinčių astronomų komandos, nariai, ir vadovauja Jupiterio tyrimams būsimu James Webb Space teleskopu. Be to, Leicesteris vaidina pagrindinį vaidmenį Europos kosmoso agentūros (ESA) rengiamos Jupiterio ledinių palydovų tyrėjo (JUICE) misijos, kuri turėtų būti paleista 2022 metais, moksliniame ir instrumentiniame aprūpinime.

University of Leicester
scitechdaily.com

Nuoroda: „Global upper-atmospheric heating on Jupiter by the polar aurorae“ by J. O’Donoghue, L. Moore, T. Bhakyapaibul, H. Melin, T. Stallard, J. E. P. Connerney and C. Tao, 4 August 2021, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-03706-w

JAV Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos pranešime sakoma, kad naujausi tyrimai smarkiai pakeitė mokslininkų įsivaizdavimą apie sąlygas Jupiteryje – „sudėtingame milžiniškame audringame pasaulyje“.

Dviejuose straipsniuose, paskelbtuose žurnale „Science“, ir 44 straipsniuose žurnale „Geophysical Research Letters“ aprašyta daugybė atradimų, padarytų nuo praeitų metų, kai „Juno“ įskriejo į orbitą aplink Jupiterį.

„Prieš pradėdami žinojome, kad Jupiteris pateiks mums netikėtumų“, – sakė pagrindinis „Juno“ programos tyrėjas Scottas Boltonas, dirbantis Teksaso mieste San Antonijuje įsikūrusiame Pietvakarių tyrimų institute.

„Ten tiek daug vyksta, kad nesitikėjome, jog mums teks žengti žingsnį atgal ir iš naujo pradėti galvoti apie visiškai naują Jupiterį“, – pripažino jis.

Tiriant Jupiterio ašigalių sritis mokslininkai nustatė, kad jas dengia tankiai viena šalia kito išsidėstę atmosferos sūkuriai, iš kurių tikriausiai krinta kruša arba sniegas.

„Iki šiol nematytų Jupiterio ašigalių nuotraukos rodo, kad tai yra chaotiška scena, (kurioje apstu) ryškių ovalinių darinių“, – sakoma vienoje iš studijų, paskelbtų „Science“.

Paaiškėjo, kad šie ovalai yra milžiniškos sūkurių pavidalo audros, kurių skersmuo siekia 1,4 tūkst. kilometrų.

Tyrėjai aptiko „ženklų, kad amoniakas tarsi šuliniais kyla iš giliųjų atmosferos sluoksnių ir suformuoja milžiniškas meteorologines sistemas“, sakoma straipsnyje.

Mokslininkams reikės atlikti daugiau tyrimų, kad geriau suprastų Jupiterio audrų prigimtį ir jų susidarymo šioje planetoje priežastis.

[tw_img full=”1″ height=”600″ style=”simple,fixed,parallax”][/tw_img]

„Juno“ misija

Saulės baterijų maitinamas „Juno“ buvo paleistas 2011 metais. Aplink Jupiterį šis zondas pradėjo skrieti praeitų metų liepos 5 dieną.

„Juno“ skrieja elipsine orbita virš Jupiterio ašigalių. Perihelyje, kai būna arčiausiai planetos, aparatas pralekia maždaug 5 000 km aukštyje virš debesų viršūnių.

Šio zondo misija turėtų baigtis 2018-ųjų vasarį – tuomet „Juno“ susinaikins nerdamas į planetos atmosferą.

Šis 1,1 mlrd. JAV dolerių kainavęs projektas mokslininkams turi suteikti galimybę pirmąkart pažvelgti, kas dedasi po Jupiterio debesimis, daugiau sužinoti apie šios planetos atmosferą ir išsiaiškinti, kiek joje esama vandens.

„Per kitą mūsų praskriejimą liepos 11 dieną praskrisime tiesiai virš vieno įsimintiniausių objektų visoje Saulės sistemoje, žinomo kiekvienam mokinukui – Jupiterio didžiosios raudonosios dėmės“, – sakė S. Boltonas.

„Jeigu kam nors ir pavyks išsiaiškinti, kas dedasi po šio milžiniško besisukančio raudono debesies viršūnėmis, tai padarys „Juno“ ir jo debesis skrodžiantys moksliniai prietaisai“, – pridūrė ji.

Magnetinis laukas – dešimteriopai stipresnis negu Žemės

„Juno“ taip pat matavo Jupiterio gravitacijos lauko stiprumą, mėginant išsiaiškinti, ar ši planeta turi kietą branduolį, kaip numato kai kurie modeliai, ar tokio branduolio apskritai nėra.

Mokslininkai nustatė, kad yra kitaip: Jupiterio branduolys yra „išplaukęs“ – jis nėra mažas kompaktiškas objektas, bet taip pat negalima teigti, kad jo apskritai nėra.

Pasak S. Boltono, branduolys gali būti iš dalies skystas. Be to, jis neabejotinai daug didesnis negu rodė visos ankstesnės prognozės.

Dar prieš paleidžiant „Juno“ mokslininkai žinojo, kad Jupiterio magnetinis laukas stipresnis negu bet kurios kitos Saulės sistemos planetos.

Tačiau dabar astronomai išsiaiškino, kad jis yra „reikšmingai stipresnis negu prognozavo modeliai – 7,766 gauso, apytikriai dešimt kartų stipresnis negu Žemės magnetinis laukas“, sakoma studijoje.

Pasak „Juno“ programos pagrindinio tyrėjo pavaduotojo Jacko Connerney, vadovaujančio per šią misiją NASA atliekamiems magnetinio lauko tyrimams, Jupiterio magnetosfera atrodo „gabaluota“.

„Vienose vietose ji stipresnė, kitose – silpnesnė, – sakė mokslininkas. – Kiekvienas mūsų atliekamas praskriejimas priartina mus prie (momento), kai nustatysime, kur ir kaip veikia Jupiterio generatorius.“

Pirmojo, A etapo metu, atrinkta 10 mokslinių instrumentų, kurie bus kuriami Jupiterio palydovo „Europa” tyrinėjimams.

Numatoma, kad naujasis misijos etapas, kitaip vadinamas etapu B, tęsis iki 2018 m. rugsėjo, jo metu turi būti sukurtas erdvėlaivis ir posistemiai.

A etapo metu buvo pradėtas kai kurių erdvėlaivio dalių, kaip antai, saulės baterijų, mokslinių instrumentų detektorių, testavimas, kuris tęsis ir B etapu. B etapo metu bus parinkti subsistemių pardavėjai, taip pat mokslinių instrumentų elementų prototipai, bus gaminami ir testuojami erdvėlaivio mazgai.

NASA misija suskirstyta į 4 etapus. Kiekvienu etapu misijos vykdytojai turi pademonstruoti, kad atitinka NASA reikalavimus ir yra pasirengę pereiti į kitą etapą. B etapas – yra pradinis erdvėlaivio kūrimas, C ir D etapai apims baigiamuosius darbus, erdvėlaivio gamybą, surinkimą, testavimą ir paleidimą.

Planuojama, kad 2020 m. turi pakilti kosminis laivas į „Europą”.

Po kelerių metų skrydžio jis pasieks Jupiterio sistemą. Erdvėlaivis apskris Jupiterį kas dvi savaites, kartkartėmis jis priartės prie Europos. Per pirmą misijos etapą erdvėlaivis priartės prie Europos 45 kartus nuo 2 700 iki 25 kilometrų atstumu.

Erdvėlaivis tyrinės paledėjusį Jupiterio mėnulio paviršių, tirs ledo atplaišų sandarą, struktūrą. Apledėjęs Europos paviršius bus tiriamas terminiu instrumentu, bus aiškinamasi, ar neseniai į paviršių neišsiveržė vandens, kiti instrumentai ieškos vandens ir mažų dalelių ženklų Jupiterio palydovo atmosferoje.

2012 m. NASA kosminis teleskopas „Hubble“ užfiksavo trykštančius geizerius Jupiterio palydove „Europa”. Kad Europoje gali būti vandens, mokslininkai spėliojo jau ne vienerius metus. Apie ledą Jupiterio palydove pradėta spėlioti dar 1979-aisiais, visai netrukus pradėta svarstyti, kad jame gali būti Žemės gyventojams nepažintos gyvybės pėdsakų. Jupiterio palydovą Europa mokslininkai laiko vienu iš Saulės sistemos objektų, kuriuose vertėtų ieškoti nežemiškos gyvybės pėdsakų.

Prie tokių objektų, kaip Jupiterio palydovas Europa ar Saturno Enceladas, prisijungia dar vienas Saturno palydovas – Dionė. Naujausias Dionės ir kitų Saturno palydovų ledinės plutos modelis rodo, kad šiame 1120 km skersmens palydove turėtų būti dešimčių kilometrų gylio vandenynas, slypintis po 100 km ledo sluoksniu.

Modelyje buvo laikoma, kad ledinės plutos gali atlaikyti tik minimalų įtempimą, kokį žinome, kad ledas gali atlaikyti, prieš subyrėdamos. Ši prielaida leido sutapdinti Encelado modelio rezultatus su seniau iš Encelado svyravimų, jam judant orbita, gautus duomenis apie vandenyno gylį.

Žinios apie skystą vandenį Dionėje sustiprins raginimus greičiau į tolimąsias Saulės sistemos planetas siųsti naujas misijas.

Tyrimo rezultatai publikuojami Geophysical Research Letters.

Mokslininkai tikisi, kad per tą laiką sugebės išsiaiškinti, kur yra „Juno“ variklio sutrikimo priežastis. Aplink Jupiterį „Juno“ sukasi nuo šių metų liepos 4 dienos, šio zondo orbita yra eliptinė, kas reiškia, kad didesniąją dalį laiko zondas praleidžia toli nuo gigantiškos planetos ir nedidelę laiko dalį – vos po kelias valandas kiekvieną kartą – skrieja santykinai arti Jupiterio paviršiaus. Tokia orbita pasirinkta norint apsaugoti zondą nuo intensyvios radiacijos, kurią skleidžia dujinis gigantas.

Ožiuojasi vožtuvai

Šiuo metu vienas „Juno“ orbitos apsisukimas trunka 53 dienas, tačiau ilgainiui ji sutrumpės. Pabaigęs dvi ilgąsias savo orbitas zondas turėjo įjungti savo pagrindinį variklį ir patekti į 14 dienų trukmės orbitą. Bet dabar NASA specialistai kol kas nelabai nori to daryti, nes kai kurios pagrindinio variklio dalys veikia ne taip, kaip turėtų. Kalbant konkrečiai – atliekant antrą valdymo sekos patikrinimą praėjusį ketvirtadienį nelabai gerai veikė du helio vožtuvai, padedantys įjungti pagrindinį variklį. „Vožtuvai turėjo atsiverti per kelias sekundes, tačiau užtruko kelias minutes. Norėtume geriau suprasti šios problemos priežastis prieš judėdami į priekį ir įjungdami pagrindinio variklio degimą“, – sakė „Juno“ projekto vadovas Rickas Nybakkenas.

Geriausias metas, kai „Juno“ gali mažinti savo orbitą – kelias valandas trunkantis priartėjimo prie planetos laikotarpis, dar vadinamas perijoviniu praskridimu. Artimiausias praskridimas įvyks trečiadienį, bet dabar NASA ketina sulaukti kito praskridimo, kad misijos inžinieriai turėtų daugiau laiko išsiaiškinti, dėl ko helio vožtuvai ožiuojasi. O tai reiškia, kad prieš patenkdamas į trumpesnę orbitą „Juno“ aplink Jupiterį turės pasisukti dar bent 53 papildomas dienas.

Nebūtinai bloga žinia

Tiesa, šis orbitos keitimo atidėjimas – nebūtinai bloga naujiena. Pagal pirminį planą buvo numatyta spalio 19 dieną išjungti visus „Juno“ instrumentus kad niekas nesutrukdytų variklio įjungimui, tačiau, kadangi variklis įjungiamas nebus, mokslininkai galės palikti instrumentus įjungtus. Be to, „Juno“ orbitos ilgis neturi įtakos šio zondo atliekamų mokslinių tyrimų kokybei.

„Šiuo atžvilgiu misija yra labai lanksti. Pirmojo praskridimo rugpjūčio 27 d. metu surinkti duomenys suteikė gausybę informacijos ir aš labai tikiuosi panašių rezultatų sulaukti iš spalio 19 dienos praskridimo“, – sakė „Juno“ projekto pagrindinis mokslininkas Scottas Boltonas, dirbantis Pietvakarių mokslinių tyrimų institute San Antonijuje (JAV).

Kita vertus, kuo trumpesnė „Juno“ orbita, tuo daugiau praskridimų aplink Jupiterį zondas galės atlikti ir, atitinkamai, tuo daugiau mokslinių duomenų surinks. Tad reikia tikėtis, kad iki gruodžio inžinieriai sugebės nustatyti vožtuvų veikimo sutrikimo priežastį ir įjungs variklius.

Astronomai pristatė unikalią Europos stebėjimo kampaniją, kurios rezultatus NASA pristatymo puslapyje pavadino stulbinančiais.

Mokslininkų svajonės išsipildė: panašu, kad prisikasti prie jau patvirtinto Jupiterio palydovo Europos palydove esančio vandens yra vilties.

Kaip anksčiau galvota, kad vanduo yra giliai paslėptas po myliomis ir kilometrais Europą dengiančio ledyno, taip dabar, remiantis „Hubble“ rezultatais, patvirtinta, kad vanduo trykšta į planetos paviršių.

Transliacijos pradžioje buvo aiškiai paminėta: nė vienas iš pranešimų nebus susijęs su ateiviais. Ir nors žinios apie juos buvo paneigtos, aišku yra viena: norint atsakyti į šį klausimą, reikia atlikti daugiau tyrimų.

Pirmadienio žinia yra svarbi dėl to, kad NASA į Europą rengia keletą misijų. 2020 m. misiją turėtų pradėti Europos palydovas, o po keleto metų aplink

besisukančioje planetoje bus bandoma ir nusileisti.

Tikimasi, kad vienos šių misijų metu būtų galima surinkti vandens pavyzdžių ir juos pasigabenti į Žemę detalesnei analizei.

Šis „vandens geizerių“ atradimas pradžiugino mokslininkus, mat vandens gavimo alternatyva nebuvo džiuginanti: ilgai buvo sukamos galvos, kaip į Europą nugabenti atitinkamą įrangą, kuri galėtų pragręžti užledėjusios planetos sluoksnius ir pasiekti joje galimai esantį vandenį.

„Hubble“ atradimą padarė tuo metu, kai Europa keliavo pro Jupiterį. Tuo metu teleskopas palydovą tyrė ultravioletiniais spinduliais ir aiškinosi, ar kokia nors medžiaga ant palydovo paviršiaus sugėrė milžinės planetos šviesą.

Vanduo buvo pastebėtas toje pačioje vietoje, kur prieš du metus „Hubble“ buvo aptikęs deguonies ir vandenilio – dviejų, vandeniui susidaryti reikalingų, medžiagų.

Konferencijoje dalyvavo NASA biuro Vašingtone (JAV) astrofizikos departamento direktorius Paulas Hertzas, Kosminių teleskopų mokslo instituto Baltimorėje astronomas Williamas Sparksas, Atlantoje įsikūrusio Džordžijos Technologijos instituto Žemės ir atmosferos mokslų mokyklos asistuojanti profesorė Britney Schmidt, taip pat vyresnioji „Hubble“ projektų mokslininkė NASA Goddardo kosminių skrydžių centre Jennifer Wiseman.

Kad Europoje gali būti vandens, mokslininkai spėliojo jau ne vienerius metus. Apie ledą Jupiterio palydove pradėta spėlioti 1979-aisiais, visai netrukus pradėta svarstyti, kad jame gali būti Žemės gyventojams nepažintos gyvybės pėdsakų. Jau NASA Galileo misijoje, prasidėjusioje 1989 m. Jupiterio palydovą stebėję mokslininkai tikino, kad jo paviršius slepia milžinišką vandenyną. Dokumentikoje, kurią yra pristačiusi NASA, tvirtinama, kad mūsų planeta Žemė įrodo, kad visur, kur yra vandens, yra ir gyvybė. Jei Europoje yra vandens, tai panašu, kad gyvybė gali egzistuoti ir Jupiterio palydove.

Vandens čiurkšlių aukštis ties pietiniu Europos ašigaliu siekia 200 kilometrų. Išmestas į didžiulį aukštį skystis greičiausiai krenta atgal ant palydovo paviršiaus. Europą mokslininkai stebėjo 15 mėnesių. Tuo metu palydovas tranzitu judėjo per Jupiterio diską, tad jį stebėti buvo lengviau. Per tą laikotarpį užfiksuoti trys nereguliarūs geizerių aktyvumo atvejai. Po šio atradimo mokslininkai mano, kad tai leistų ledyno paslėptą Europos vandenyną tyrinėti negręžiant ledo lukšto.

Europa yra vienas realiausių Saulės sistemos kandidatų nežemiškai gyvybei, tačiau iki šiol Jupiterio palydovo tyrimams buvo skirta labai mažai dėmesio.

Vienas iš 63 Jupiterio palydovų Europa yra vos mažesnis nei mūsų Mėnulis, jo skersmuo siekia 3120 kilometrų. Labiausiai astronomus Europa domina todėl, kad po palydovo apledėjusiu paviršiumi tvyro vandens klodai.

Manoma, kad šis vanduo yra sūrus ir maždaug 100 km storio sluoksnyje – maždaug dešimt kartų storesnis nei Žemės vandenynuose. Preliminarūs teleskopų duomenys rodo, kad Europoje gali būti du ar net tris kartus daugiau vandens nei Žemėje.