Много лет пировал Юпитер со своими возлюбленными в холодных чертогах внешней Солнечной системы. Ио, Европа и Каллисто делили с Юпитером стол, а Ганимед наливал вино. Но люди, известные своим любопытством, силой прометеева огня отправили автомат подглядывать за пиршеством. Не воздающие должного почтения богам даже посмели назвать автомат Юноной, в честь жены Юпитера, которую он не пригласил на пир. Разгневался тогда Юпитер, и, засияв нестерпимо ярким полярным сиянием, ослепил Юнону.
Старые тайны
По современным космологическим представлениям из всех планет Солнечной системы Юпитер сформировался первым.
Это могло выглядеть так
Протопланетный диск и Солнце должны иметь схожий состав, потому что образовались из вещества, находившегося в одном месте. Поэтому Юпитер должен был бы очень сильно походить на Солнце. Однако, спустившийся в атмосферу газового гиганта в 1995 году зонд «Галилео» обнаружил, что расчеты ученых оказались неверны. Гелия на Юпитере оказалось гораздо меньше, чем на Солнце, и меньше, чем должно было быть по расчетам. Водяного пара, углерода, неона, серы тоже оказалось меньше, чем ожидалось. Зато азота в форме аммиака обнаружилось больше расчетного. Следовательно, наши модели формирования Юпитера и модели образования Солнечной системы в чем-то ошибочны.
После образования планета совершила немаленькое путешествие, смещаясь по орбите и «поедая» массу, которая могла бы пойти на что-то более полезное для будущего человечества (вроде большого и тяжелого Марса с полноценной атмосферой).
Но поглощенная масса не могла сформировать ядро планеты — вещество падало в плотную атмосферу на космических скоростях и должно было испаряться от нагрева. Если у Юпитера есть ядро (а современная наука склоняется к этому), то в молодой Солнечной системе должен был образоваться очень крупный зародыш планеты из тяжелых элементов, что противоречит современным моделям с планетезималями километрового размера и зародышами планет с массой от лунной до земной.
Наконец, скорее всего, под влиянием Сатурна, обе планеты отошли во внешнюю Солнечную систему, и сейчас Юпитер обращается на расстоянии пяти астрономических единиц от Солнца. В результате таинственных процессов в молодой Солнечной системе Юпитер обладает максимально возможным физически диаметром (более тяжелая планета будет иметь меньший диаметр из-за большего сжатия вещества), массой в три сотни земных, своей мини-солнечной системой из множества спутников и даже небольшими кольцами. Юпитер можно назвать «планетой на стероидах» — из-за огромной массы внутри планеты действуют циклопического масштаба силы, и все явления, связанные с ней, страдают гигантизмом. У Юпитера колоссальных размеров и мощности магнитосфера (сильнее земной в 14 раз), порождающая гигантские полярные сияния.
В эти тайны газового гиганта и погрузится зонд «Юнона», который должен выйти на орбиту вокруг Юпитера вечером 4 июля по времени США (в России будет утро 5 июля). Задачи, которые будет решать «Юнона», легко запомнить по аббревиатуре ПСАМ — Происхождение, Строение, Атмосфера, Магнитосфера.
Научная карусель
ПСАМ Юпитера Юнона будет изучать разнообразным набором инструментов:
Микроволновый радиометр (MWR) заглянет на 550 километров под кромку облаков и сможет определить содержание водяного пара в атмосфере. Конструктивно он представляет из себя шесть антенн на боках аппарата:
Гравитационный эксперимент (Gravity Science Experiment) будет использовать антенны для связи с Землей для очень точного определения гравитационного поля. Сигнал с Земли будет немедленно ретранслироваться, и смещение его частоты из-за эффекта Доплера позволит определить небольшие изменения в скорости из-за неравномерности гравитационного поля Юпитера.
Направленная антенна будет использоваться в этом эксперименте
Магнитометр (MAG), вынесенный в сторону на конце одной из солнечных панелей (это стандартное решение, везде магнитометры стараются убрать подальше от работающей электроники аппарата) позволит составить трехмерную карту магнитного поля Юпитера.
В эксперименте «распределение частиц в полярном сиянии» (JADE) три электронных датчика и один ионный будут ловить частицы полярного сияния.
Детектор частиц высоких энергий (JEDI) из трех одинаковых датчиков будет определять, как летающие в окрестностях частицы высоких энергий взаимодействуют с магнитосферой Юпитера. Большое количество таких частиц попадает в ловушку магнитного поля Юпитера и горит полярным сиянием на полюсах.
Инфракрасный картограф полярных сияний (JIRAM) позволит получить спектры полярных сияний и узнать состав атмосферы около них.
Ультрафиолетовый спектрограф (UVS) даст возможность дистанционно узнать состав верхней атмосферы в другом диапазоне, дополнив JIRAM.
Инструмент «Волны» (Waves) из двух антенн будет фиксировать радио- и плазменные волны в окрестностях Юпитера. Одна антенна конструктивно не сильно отличается от тех, которые когда-то стояли «рогами» на телевизорах, а вторая представляет собой обычную магнитную катушку.
Ну и, наконец, камера JunoCam не несет серьезной научной нагрузки, а добавлена ради целей популяризации и пиара. Работающая в видимом свете камера должна будет не меньше 7 орбит делать красивые фотографии, а потом выйдет из строя в том радиационном аду, куда будет нырять «Юнона» каждый виток.
Все инструменты установлены на бортах аппарата, и, в рабочем режиме «Юноны», будут то заглядывать в глубины Юпитера, то «отдыхать» и калиброваться, смотря в противоположную сторону.
Вальс Фоллаута
Вращение «Юноны» — это сознательное решение. Из многих способов ориентации и стабилизации космических аппаратов стабилизация вращением позволяет «бесплатно» сохранять нужное положение по одной оси, затратив топливо только на раскрутку аппарата и не требует работы электроники для поддержания установившейся ориентации. В условиях мощнейших магнитных полей и частиц высоких энергий полноценная трехосевая ориентация может дать сбой и перевести аппарат в защищенный режим с потерей научной программы на этом витке, а вращающийся волчок «Юноны» сохранит правильное положение при любом отказе любой электроники. На пути к Юпитеру «Юнона» вращалась со скоростью 1 об/мин, рабочий научный режим составляет 2 об/мин, а для маневров аппарат будет раскручиваться до 5 об/мин.
Исключение электроники из управления зондом на самых радиационно-опасных участках — не единственная мера борьбы с электромагнитным гневом Юпитера. За миссию поверхность аппарата получит дозу в 11 мегарад или 110 тысяч зиверт. Для сравнения — полученный в один момент 1 зиверт — это начало лучевой болезни у человека, а доза в 6 зиверт уже смертельно опасна. Электроника сильнее плоти, но такие дозы были бы фатальными и для нее. Поэтому на Юноне стоит радиационное «убежище» из титана толщиной 1 см и общей массой 200 кг. Внутри него электроника должна получить всего 25 килорад (250 зиверт) за всю миссию, при этом электроника рассчитана на вдвое большую дозу. Электронику, которую нельзя поместить в бункер, приходится защищать на месте, например, больше половины массы звездного датчика занимает защита от излучений.
37 прыжков в ад
Торможение у Юпитера 4/5 июля будет началом миссии. Уменьшив свою скорость на 542 метра в секунду «Юнона» выйдет на предварительную орбиту периодом 53,5 дня. Если торможение не будет успешным, то зонд навсегда разминется с Юпитером. Поэтому на этом этапе на всякий случай выключат все научные приборы, чтобы не было случайных помех. После двух витков на предварительной орбите «Юнона» выйдет на научную орбиту периодом 14 дней.
На этой высокоэллиптической орбите «Юнона» будет периодически нырять в непосредственную близость к Юпитеру (на высоту 4-8 тысяч километров от уровня облаков) и снова отходить за орбиту Каллисто. Из-за вращения Юпитера орбита каждый раз будет проходить над разными меридианами, и аппарат сможет пролететь над всей поверхностью, что позволит создать трехмерные карты магнитосферы всего Юпитера.
Если все пойдет по плану, то на 37 витке «Юнона» выполнит последний маневр и 20 февраля 2018 года сгорит в атмосфере Юпитера.
Бедность и дефицит радиации
Полная стоимость проекта оценивается в 1,1 миллиарда долларов США 2011 года. Это немного для космоса, поэтому среди технических решений можно найти такие, которые, в зависимости от настроения, можно назвать триумфом изобретательности или же вынужденными хитростями от бедности.
Прежде всего, «Юнона» не летела к Юпитеру прямой дорогой. Чтобы не использовать более грузоподъемную и более дорогую ракету-носитель, зонд запустили сначала за орбиту Марса, а затем провели гравитационный маневр у Земли.
Такое решение позволило увеличить скорость на 70%, но из-за необходимости возвращаться к Земле «Юнона» летела лишние два года. Учитывая, что разработка аппарата началась в 2006 году, получается, что люди отдадут этому проекту 12 лет своей жизни. В таком случае ученые и инженеры смогут поучаствовать только в одном, если очень повезет, двух космических проектах за свою научную карьеру. И это немного грустно.
Во-вторых, большие солнечные панели, очень высокотехнологичные, которые так сейчас хвалят, являются далеко не идеальным решением. На орбите Юпитера (5 а.е.) «Юнона» будет получать только 1/25 энергии Солнца, по сравнению с земной орбитой. Поэтому зонд с раскрытыми панелями превышает 20 метров в ширину, а масса панелей составляет 340 кг. В то же время небольшой, легкий, работающий без системы управления радиоизотопный генератор (РИТЭГ) оказался бы гораздо лучшим выбором, обеспечив «Юнону» теплом и электричеством. Но в США давно остановили производство своего плутония-238 для РИТЭГов, и, например, «Кьюриосити» питает и обогревает плутоний российского происхождения. В 2013 году производство американского плутония возобновили, но до сих пор он является дорогим и дефицитным продуктом.
Бремя пиара
Кроме научных задач «Юнона» занимается также популяризацией науки и космонавтики, в том числе и для детей. Во-первых, камера JunoCam была добавлена для нашего с вами удовольствия — она будет радовать нас красивыми фотографиями Юпитера первые семь витков. Говорят даже, что общественность сможет принимать участие в выборе целей для фотографирования. Во-вторых, NASA заключило партнерское соглашение с LEGO, и на аппарате летят три лего-фигурки: Юпитера, Юноны и Галилео Галилея.
А на пресс-конференции была модель «Юноны» из лего
Будем надеяться, что это вдохновит кого-нибудь из будущих ученых, инженеров или космонавтов.
Эпилог
Мы не знаем, какие фото покажет нам JunoCam. Но мы знаем, что, летая по полярной орбите «Юнона» будет смотреть на Юпитер сверху и снизу. Чтобы закончить на мажорной ноте, я попытался найти несколько эффектных ракурсов того, что мы можем увидеть в течение следующих месяцев. А помог мне в этом замечательный планетарий-песочница SpaceEngine.
Юпитер всегда виден нам с Земли полностью освещенным. А вот аппарат на его орбите может сделать фото полумесяца планеты. А тень от одного из галилеевых спутников дополнительно украсит картину.
Четыре галилеевых спутника часто образуют эффектные фигуры. На заднем фоне видно созведие Ориона и Плеяды.
Можно увидеть и прямую линию.
Вид на северный полюс и Магеллановы облака.
Вид на южный полюс и созвездие Большой Медведицы.
Комментарии (41)
betrachtung
04.07.2016 07:57+1Опередили вы меня, и это хорошо.
Ну ничего, я хоть про само сияние на Юпитере переведу.
Одна поправочка — титановая защита весит не 200 кг, а 172 кг.
lozga
04.07.2016 08:01+1Ну, я подозреваю, об этом многие хотели написать, новость большая.
В официальном пресс-ките пишут про 200 кг.betrachtung
04.07.2016 08:25+5Это очень грубое округление, там же указана масса «почти 400 фунтов» (то есть, менее 181 кг).
В других источниках, в том числе и на сайте NASA, указывается именно 172 кг.
Deus_Ex_Perceptron
04.07.2016 10:38+1В стиме на главной, на анимации в честь последнего дня распродажи, периодически пролетает Юпител и Юноной
tmg
04.07.2016 10:39а можно фотку из SpaceEngine как близко подойдет аппарат?
ну те ясно что на 4-8 тыс км от высоты облаков, но как далеко будет планета визуально? займет все пространство вперед \ вбок? на сколько хорошо будут различимы ураганы?
или же 1ое фото из SpaceEngine — это и есть эти 4-8тыс км?Azya
04.07.2016 12:05+6Разрешение JunoCam в ближайшей точке орбиты согласно Википедии около 15 км/пиксель, для сравнения
обработанная мозаика снимков с Вояджер-1 разрешение около 18 км/пиксель
lozga
04.07.2016 21:02+1Так, и Space Engine и NASA's eyes дают слишком плохую картинку. С такой высоты для человеческого глаза с полем зрения 50° планета будет занимать практически все пространство впереди. Виды ожидаются, как в комменте Azya или
что-то вроде такого (надеюсь)
cazebo
04.07.2016 11:26-3Заголовок — мембрана-стайл. Я уже успел забыть, что кто-то так пишет.
lozga
04.07.2016 12:00+8Мембрана была хорошим ресурсом. А лично мне постоянно кажется, что заголовки у меня суховаты и скучноваты.
Zenitchik
04.07.2016 13:33-2А мне — что их желательно пропустить, чтобы они не портили впечатление от статьи.
Я на хабр пришёл, чтобы читать материалы уровня хабра, а не чьи-то упражнения в остроумии.
eugenius_nsk
06.07.2016 10:37+1Одна из серьёзных проблема российского науч-попа и особенно чисто научных статей — излишняя сухость изложения. Почему-то у нас бытует мнение, что чем более научно подан материал, тем сложнее и скучнее его должно быть читать. Сравните с американским подходом, когда даже чисто научные статьи стараются писать так, чтобы их было интересно читать. Конечно, и у них есть свои перегибы (в науч-попе, когда ради яркой картинки и вау-эффекта приносится в жертву стройность и системность изложения), но опыт показывает, что их подход более эффективен в плане привлечения людей в науку. Но да, писать про науку интересно и живо — сложнее, чем писать сухо и скучно.
Zenitchik
06.07.2016 11:32Мне кажется, что это путь к деградации. Если ориентироваться на человека, который не способен сосредоточиться на тематике, если его постоянно не развлекают, то нормальные люди не будут иметь селективного преимущества и их не останется.
А процесс-то уже автокаталитический. Читатель хочет, чтобы было написано попроще, автор пишет попроще, читатель начисто теряет способность вникать в сложный текст и требует ещё проще.eugenius_nsk
06.07.2016 12:40А если ставить слишком высокие барьеры, то через них вообще никто не будет проходить. И «нормальные люди» просто вымрут. Я ещё раз повторюсь — опыт (который критерий истины) показывает, что американский подход работает лучше. Далеко не идеально, но лучше.
Zenitchik
06.07.2016 13:02Тогда надо как-то делить контент. Я бы с удовольствием отписался от этого хаба, если бы был аналогичный хаб, но более строгого изложения.
Плеваться же хочется от заголовка, никак не связанного со статьей.eugenius_nsk
06.07.2016 13:48Кстати, собственно сама Juno — отличный пример американского подхода к популяризации науки. На аппарат, запускаемый за полсистемы и созданный с очень ограниченным бюджетом, ставят камеру, которая не только не несёт вообще никакого научного смысла, но и ещё и удорожает и усложняет сам аппарат. И единственное предназначение этой камеры — популяризация науки с помощью съёмки красивых фоточек. Далее, сюда же можно отнести твиттер марсохода Curiosity, в который постят опять таки красивые фоточки и шутки от имени самого марсохода. И этот подход работает. По этому поводу можно печалиться, можно негодовать на человеческую природу, — а можно просто использовать.
Zenitchik
06.07.2016 14:46-1Если это использовать — ситуация будет усугубляться. Как с функциональной безграмонтностью.
Zenitchik
08.07.2016 16:43Читателям Хабра всё-таки советую: мозги тренировать нужно нон-стопом. Прекратишь тренироваться — за считанные годы думать разучишься. Это не шутки. Я к концу первого года в армии заметил, что сдаю, и, честно говоря испугался. С тех пор не ищу статьи «попроще», напрягаюсь и вникаю в нормальные. Если бы не заметил, наверно ещё через год кодить бы не смог.
snus-mumrik
08.07.2016 16:21Никто же не предлагает озаглавить статью «Краткое описание основных технических возможностей космического аппарата Юнона». Но из заголовка "… Юнона ослепнет..." получается что Юнона не сможет провести запланированные наблюдения, или что-то в этом роде.
На мой вкус, вполне достаточно написать, например, «Что Юнона расскажет о Юпитере?»lozga
08.07.2016 17:36Ирония в том что Юнона действительно ослепнет — работу камеры JunoCam ожидают не дольше 7 витков.
freuser
13.07.2016 13:22Как нам математик на первом курсе пояснил — не проблема написать учебник по любой дисциплине начиная с азов и понятно их объяснять. Но каждый учебник пишет академик, и чтобы другие академики не шушукались за спиной «Н. уже в маразм впадает, элементарные вещи объясняет», любой автор смело пользуется фразами «отсюда вытекает» и «аналогично в прочих случаях» там, где вытекает отнюдь не явно и где прочие случаи несколько отличаются.
Не буду утверждать, что это так уж плохо — пища для ума задается постоянно, да и потом на экзамене всегда можно, попросив показать «а как же оно вытекает в формулах», понять, учил студент или зазубрил.
Так что у вышеупомянутой проблемы есть застарелые корни…
dmitry_ch
04.07.2016 14:17+1Во-вторых, NASA заключило партнерское соглашение с LEGO, и на аппарате летят три лего-фигурки: Юпитера, Юноны и Галилео Галилея.
Ждем партнерства с Макдональдсом каким-нибудь и полета Бигмака на Нептун.
А вообще вспомните у Карка:
Проходили секунды, минуты… Внезапно в небе загорелся желтоватый свет! Ярче, ярче, казалось, некий художник кладет широкой кистью мазки пламени среди звезд. Я пожирал глазами эту необычайную зарю… И вдруг понял, что какой-то мудрец ухитрился побить все рекорды в области рекламы! Мазки складывались в буквы, а буквы образовали два слова — название безалкогольного напитка, достаточно известного, чтобы мне нужно было его расписывать.
Как это сделали? Ответ напрашивался сам. Кто-то поместил в сопло натриевой «бомбы» специальный трафарет, так что струи вырвавшегося пара приняли нужные очертания. Помех никаких, и буквы благополучно проделали свое незримое восхождение к звездам. Мне доводилось видеть на Земле воздушную рекламу, но масштабы не шли ни в какое сравнение. Что бы я ни думал в глубине души об этих ловкачах, нельзя было не восхищаться их изобретательностью. «К» и «А» не совсем удались, зато «О» было гораздо лучше, а «Л» просто безупречно. Сперва, конечно, все растерялись; к счастью, это длилось недолго, и научная программа была выполнена целиком. Жаль, не помню, как вышел из положения Дейв Болтон; орешек был крепкий даже для его зубов. Правда, половина Земли своими глазами видела то, что он описывал. А на следующее утро все газеты поместили знаменитый снимок лунного серпа с яркими буквами над затемненным сектором. Больше часа буквы плыли в космосе. Под конец слова растянулись на тысячу миль, и контуры стали совсем расплывчатыми. Потом буквы растаяли в межзвездном вакууме.
А затем начался главный фейерверк… Разъяренный капитан Ванденберг устроил своим людям допрос с пристрастием. Выяснилось, что диверсант — если его можно так назвать — находится на Земле. «Бомбу» готовили там и доставили на Луну в готовом к запуску виде. Немного времени понадобилось, чтобы найти и уволить инженера, который поместил в сопло трафарет. Кажется, он отнесся к этому совершенно спокойно: его материальное благополучие было обеспечено на много лет вперед.
Что же, похоже, продакт-плейсмент скоро будет на кажом шагу и в космонавтике )
DrZlodberg
06.07.2016 12:06Напомнили другой рассказ. К сожалению не помню автора/название.
На земле разразилась паника, яркие звёзды на небе начали перемещаться в произвольных направлениях. Пока одни праздновали конец света, а другие пытались понять, как это вообще возможно — из звёзд сложилась реклама.
Crapachi
04.07.2016 19:552-я картинка это реальное фото или симуляция?
Dmitry_Dor
04.07.2016 20:52+3Ну, вряд ли фотография могла быть сделана 4.5 миллиарда лет назад (Земля на этой «фотографии» ещё только намечается в газопылевом облаке ближе к появляющемуся в центре зародыша Солнечной системы Солнцу), причём «точка съёмки» примерно в миллиарде километров над плоскостью диска Солнечной системы.
Crapachi
05.07.2016 10:35Я имел ввиду, может это фото протопланетного диска другой системы, не очень в курсе, способны современные телескопы так заснять или нет :)
eugenius_nsk
06.07.2016 12:57+1Современные снимки газопылевых дисков выглядят примерно так:
На третьем снимке как раз видна формирующаяся планета (точнее, конденсирующееся облако — самой планеты не видно). На втором снимке тоже можно разглядеть уже сформированную планету в газопылевом диске молодой системы (это Фомальгаут). Видно, что аккреция вещества происходит совсем не такими красивыми рукавами, как на картинке в статье. Да и относительные размеры планеты, разумеется, слишком малы, чтобы видеть её иначе, чем точку (если вообще можно увидеть).
perfect_genius
04.07.2016 21:21+2Учитывая, что разработка аппарата началась в 2006 году, получается, что люди отдадут этому проекту 12 лет своей жизни. В таком случае ученые и инженеры смогут поучаствовать только в одном, если очень повезет, двух космических проектах за свою научную карьеру. И это немного грустно.
Почему же они не могут участвовать в параллельных проектах?lozga
05.07.2016 07:17Очевидно, работа по одному проекту занимает много времени. На заре космонавтики вообще сутками пахали и из-за этого семьи разваливались.
Zenitchik
05.07.2016 13:56+2Сутками пахали потому, что полёты были непродолжительные и циклограммы плотные. А пока аппарат месяцы летит по межпланетной траектории и требует минимального внимания, конструктор может и должен заниматься другими аппаратами.
Vlad_Hm
Красивейшая миссия на пределе возможностей земной техники (и выделенных бюджетов, разумеется).
lozga
На мой взгляд, скорее бюджетов.
wiz
По большому счёту это одно и то же. Чем шире возможности техники, тем эффективней используется бюджет.
Vlad_Hm
Это взаимосвязано.
Очень часто самые красивые, элегантные инженерные решения, граничащие с возможностью реализации как таковой — реализуются как раз в условиях «голода» проекта: ресурсного, временного фактора, или, как тут — бюджетного.
Дали бы Дельту Хэви — не было бы гравиманёвра, можно было бы «тупо» сделать массу защиты поболее, сделать дублирование, не ломая голову над ухищрениями.