Nærstudier af Jupiter blev udført ved hjælp af automatiske rumfartøjer . Disse undersøgelser begyndte med Pioneer 10 -sonden ( NASA ), som fløj gennem Jupiter-systemet i 1973.
I 2018 blev Jupiter-systemet besøgt af syv forbiflyvningsmissioner ( Pioner 10 , Pioneer 11 , Voyager 1 , Voyager 2 , Ulysses , Cassini , New Horizons ) og to orbitale (" Galileo " og " Juno ").
At sende en station til Jupiter er forbundet med mange tekniske problemer, især i forbindelse med probernes store krav til brændstof og planetens barske strålingsmiljø.
Det første rumfartøj til at udforske Jupiter var Pioneer 10 i 1973, et år efter at Pioneer 11 passerede gennem Jupiter-systemet . Udover at skyde planeten på tæt hold, opdagede de dens magnetosfære og strålingsbæltet, der omgiver planeten.
Voyager 1 og Voyager 2 besøgte planeten i 1979, studerede dens satellitter og ringsystem , opdagede Ios vulkanske aktivitet og tilstedeværelsen af vandis på overfladen af Europa .
Ulysses lavede yderligere undersøgelser af Jupiters magnetosfære i 1992 og udførte derefter nogle undersøgelser under en lang forbiflyvning i 2000.
Cassini nåede planeten i 2000 og fik meget detaljerede billeder af dens atmosfære .
New Horizons- sonden passerede Jupiter i 2007 og lavede nye observationer af planeten og dens måner.
Galileo blev det første rumfartøj, der kredsede om Jupiter. Han studerede planeten fra 1995 til 2003. I denne periode indsamlede Galileo en stor mængde information om Jupiter-systemet, der kom tæt på alle fire gigantiske galilæiske måner . Han bekræftede tilstedeværelsen af en tynd atmosfære på tre af dem, såvel som tilstedeværelsen af flydende vand under deres overflade. Fartøjet opdagede også Ganymedes magnetosfære . Efter at have nået Jupiter observerede han kollisioner med planeten af fragmenter af kometen Shoemaker-Levy . I december 1995 sendte rumfartøjet en nedstigningssonde ind i Jupiters atmosfære, og denne mission for at nærstudere atmosfæren er den eneste hidtil.
Juno- rumfartøjet, der blev opsendt den 5. august 2011, kredsede om Jupiter i 2016. Rumfartøjet bevæger sig i en polarbane. Et af dens mål er at finde ud af, om planeten har en solid kerne.
En række ubemandede missioner til Jupiter er planlagt af NASA og andre rumorganisationer (Europa, Indien, Rusland).
Flyvninger fra Jorden til andre planeter i solsystemet involverer høje energiomkostninger. At nå Jupiter fra Jordens kredsløb kræver næsten den samme mængde energi for et rumfartøj, som det tager at indledningsvis placere det i kredsløb om Jorden. I astrodynamik er dette energiforbrug bestemt af nettoændringen i rumfartøjets hastighed eller delta-v . Den energi, der er nødvendig for at nå Jupiter fra Jordens kredsløb, kræver en delta-v på omkring 9 km/s [1] sammenlignet med 9,0-9,5 km/s for at nå lavt kredsløb om jorden fra overfladen [2] . For at reducere omkostningerne til energi (brændstof) under opsendelsen kan en gravitationsmanøvre ved at flyve forbi planeter (såsom Jorden eller Venus ) naturligvis bruges, selvom omkostningerne ved dette er en betydelig stigning i varigheden af flyvningen for at nå målet sammenlignet med en direkte bane [3] . En ion-thruster som den, der bruges på Dawn - rumfartøjet [4] er i stand til at levere en delta-v på mere end 10 km/s. Dette er mere end tilstrækkeligt til en Jupiter flyby-mission fra en cirkumsolar bane med samme radius som Jordens bane, uden brug af tyngdekraftsassistance [5] .
Jupiter har ikke en fast overflade at lande på, med en jævn overgang mellem planetens atmosfære og dens flydende miljø. Eventuelle sonder, der falder ned i atmosfæren, bliver til sidst knust af det enorme tryk fra Jupiters atmosfære [6] . Derfor er alle gennemførte og planlagte missioner til Jupiter kun fly-by eller orbitale, såvel som atmosfæriske (med en direkte undersøgelse af de øverste lag af atmosfæren). Landingsmissioner til Jupiter er ikke mulige. Landinger på Jupiters måner er dog mulige.
Et andet vigtigt spørgsmål er den strålingseksponering, som rumsonden udsættes for på grund af tilstedeværelsen af højenergiladede partikler i rummet omkring Jupiter (se også Jupiters magnetosfære ). For eksempel, da Pioneer 11 kom så tæt på planeten som muligt, var strålingsniveauet ti gange højere end forudsagt af Pioneer-udviklerne, og dette førte til frygt for, at sonderne ikke ville overleve; dog med et par mindre hikke lykkedes det sonden at passere gennem strålingsbæltet . Sonden mistede dog mestIo -satellitten , fordi strålingen, der virker på fotopolarimeteret til billeder af Pioneer, forårsagede en række falske kommandoer [7] . Efterfølgende og mere teknologisk avancerede Voyagers skulle modificeres for at klare betydelige niveauer af stråling [8] . Galileo- sonden modtog i løbet af sine otte år i kredsløb om planeten en strålingsdosis, der markant oversteg udviklernes specifikationer, og dens systemer svigtede i forskellige situationer. Rumfartøjets gyroskoper viste ofte øgede fejl, og nogle gange opstod der en elektrisk lysbue mellem dets roterende og ikke-roterende dele, hvilket fik det til at gå i sikker tilstand , hvilket førte til et fuldstændigt tab af data fra den 16., 18. og 33. kredsløb. Strålingen forårsagede også faseforskydninger i Galileos ultrastabile krystaloscillator [9 ] .
En forbiflyvningsbane er en bane, hvori rumfartøjet flyver forbi planeten i en vis afstand og oplever kraften i dets tiltrækning [10] :221 .
Det første rumfartøj, der nærmede sig Jupiter, var Pioneer 10 . Han fløj forbi planeten i december 1973. Efter 13 måneder nærmede Pioneer 11 sig også Jupiter . Pioneer 10 var det første rumfartøj, der gav nærbilleder af Jupiter og de galilæiske måner . Ved hjælp af apparatet blev strukturen af Jupiters atmosfære undersøgt , dens magnetosfære og strålingsbælte blev opdaget , og det blev også fundet ud af, at Jupiters tarme hovedsageligt er gas og væske [11] [12] . Pioneer 11 formåede at flyve op til Jupiter i en afstand på op til 34.000 km fra toppen af skyerne i december 1974. Dette gjorde det muligt at få et detaljeret billede af den store røde plet , foretage den første observation af Jupiters polarområde og bestemme massen af dens satellit Callisto . Informationen opnået af disse to rumfartøjer har gjort det muligt for astronomer og ingeniører at skabe mere avancerede sonder for at forbedre kvaliteten og kvantiteten af Jupiter-data [8] [13] .
Voyager 1 begyndte at fotografere Jupiter i januar 1979 og nærmede sig planeten den 5. marts 1979 i en afstand af 349.000 km fra planetens centrum [14] . En tæt tilgang gjorde det muligt at få billeder af bedre kvalitet, men tiden for planetens forbiflyvning (to dage) var kort. På trods af dette lykkedes det forskerne at få data om Jupiters ringe , dens satellitter , for at studere dets magnetfelter og stråling. Enheden fortsatte med at fotografere planeten indtil april. Voyager 1 blev hurtigt efterfulgt af Voyager 2 , som passerede i en afstand af 721.670 km fra planetens centrum den 9. juli 1979 [15] [16] [17] . Enheden opdagede Jupiters ringe, opdagede komplekse hvirvler på planetens overflade, observerede vulkansk aktivitet på Io , opdagede mulige manifestationer af pladetektonik på Ganymedes og adskillige kratere på Callisto -satellitten [18] .
Voyager-missionerne gjorde det muligt betydeligt at udvide informationen om de galilæiske satellitter , samt at opdage Jupiters ringe . Disse var de første rumfartøjer, der gav gode billeder af planetens atmosfære , især ved at finde ud af, at Den Store Røde Plet er en kompleks atmosfærisk hvirvel, der bevæger sig mod uret. En række andre, mindre hvirvler er fundet inde i skybåndene [15] . I umiddelbar nærhed af planetens ringe blev to små satellitter opdaget, kaldet Adrastea og Metis . Disse var de første måner af Jupiter opdaget af rumfartøjer [19] [20] . Den tredje satellit, Thebe , blev set mellem Amaltheas og Ios kredsløb [21] .
Den uventede opdagelse af vulkansk aktivitet på månen Io var det første bevis på, at det ikke kun kan forekomme på Jorden . Voyagers fandt i alt 9 vulkaner på Ios overflade, samt beviser for udbrud mellem missions forbiflyvninger [22] .
Voyager 1's lavopløsningsfotografier af Europa -satellitten afslørede et stort antal krydsende lineære træk. Først troede forskere, at disse funktioner er dybe fejl, hvis dannelse opstår på grund af riftning eller bevægelse af tektoniske plader. Højopløsningsbilleder af Europas overflade, taget af Voyager 2 fra en kortere afstand, undrede forskerne ved, at disse funktioner praktisk talt ikke er manifesteret i det topografiske relief. Helheden af beviser har fået forskere til at spekulere i, at disse sprækker kan ligne krydsninger mellem isfelter i flydende havis på Jorden, og at vand gemmer sig under isen på Europa [23] . Inde i landet kan Europa være aktiv på grund af tidevandsopvarmning på et niveau på 1 ⁄ 10 af Ios tidevandsopvarmning, og som et resultat kan satellitten dækkes med is, der ikke er mere end 30 km tyk, og skjuler et subglacialt hav 50 km dyb [24] .
Den 8. februar 1992 fløj sonden "Ulysses" , designet til at studere Solens poler, over Jupiters nordpol i en afstand af 451.000 km fra planetens centrum [25] .
For at hæve sig over ekliptikkens plan var rumfartøjet nødt til at opnå en høj orbitalhældning gennem en gravitationsmanøvre for at øge vinklen i forhold til ekliptikken til 80,2° [26] . Jupiters enorme tyngdekraft drev Ulysses ind i den bane, der var nødvendig for at observere Solens poler og udforske områder af solsystemet langt fra ekliptikken. Samtidig ændrede kredsløbets form sig lidt: dens aphelium og perihelium forblev lig med omkring 5 AU. e. (radius af Jupiters bane) og 1 a. e. (radius af Jordens kredsløb). Ulysses foretog også målinger af planetens magnetfelt [26] , men transmitterede ikke dets billeder, da enheden ikke er udstyret med kameraer. I februar 2004 fløj Ulysses igen relativt tæt på Jupiter, men på en meget større afstand (120 millioner km eller 0,8 AU) end under den første forbiflyvning. Under denne forbiflyvning opdagede sonden smalle strømme af elektroner udsendt af Jupiter [26] [27] [28] .
I 2000 fløj Cassini-rumfartøjet forbi Jupiter på vej til Saturn og tog nogle af de højeste kvalitetsbilleder, der nogensinde er taget af Jupiter. Den nærmeste tilgang til planeten blev nået den 30. december 2000. I løbet af den mange måneder lange forbiflyvning blev der foretaget mange målinger, især blev der taget omkring 26.000 billeder, på grundlag af hvilke det mest detaljerede farve-"portræt" af Jupiter var rekonstrueret, hvorpå objekter 60 km på tværs [29] .
Den vigtigste opdagelse, der blev gjort under planetens forbiflyvning og annonceret den 6. marts 2003, er cirkulationen af Jupiters atmosfære . Mørke bælter veksler med lyse zoner i atmosfæren, og zonerne med deres lysere skyer blev tidligere af videnskabsmænd anset for at være zoner i den stigende atmosfære ( upwelling ), blandt andet fordi der dannes skyer på Jorden på grund af opadgående luftstrømme. Analyser af billeder taget af Cassini-sonden viste imidlertid, at de mørke bælter indeholder individuelle hvirvelceller af opstående lyse hvide skyer, der er for små til at kunne ses fra Jorden. Anthony Del Genio fra Institute for Space StudiesNASA hævdede , at "bælterne skal være områder med generel opløftning i bevægelsen af Jupiters atmosfære, [så] den samlede bevægelse i zonerne skal være indad" [30] (se også Downwelling ).
Andre atmosfæriske observationer har inkluderet en oval-formet hvirvel-mørk plet af atmosfærisk dis i høj højde beliggende nær Jupiters nordpol og ligner i størrelse til Den Store Røde Plet . Infrarøde billeder har afsløret cirkulationstræk nær polerne, herunder cirkumpolære vinde og tilstødende bånd, der bevæger sig i modsatte retninger. Derudover gjorde infrarøde observationer det muligt at få data om arten af planetens ringe. Spredning af lys af partikler i ringene viste, at partiklerne har en uregelmæssig form (bortset fra sfærisk), og de er muligvis dannet som følge af emissioner fra nedslag fra mikrometeoritter på planetens satellitter (sandsynligvis Metis og Adrastea ). Den 19. december 2000 tog Cassini et lavopløsningsfotografi af Himalia- månen ; da apparatet var for langt væk, er overfladerelieffet ikke synligt på billedet [29] .
Rumfartøjet " New Horizons " (eng. engelsk New Horizons ), på vej til dværgplaneten Pluto , gennemførte en gravitationsmanøvre nær Jupiter. Det blev det første rumfartøj siden Ulysses (1990), der blev dirigeret direkte til Jupiter, uden tidligere manøvrer inden for andre planeter [31] . New Horizons-instrumentet tog de første fotografier af Jupiter den 4. september 2006 [32] . Sonden fortsatte sin undersøgelse af Jupiter-systemet i december 2006 og nærmede sig så tæt på som muligt den 28. februar 2007 [33] [34] [35] .
I nærheden af Jupiter udførte rumfartøjet en forfining af kredsløbene for planetens indre satellitter, især Amalthea . Sondens kameraer fangede vulkansk aktivitet på Io , udførte detaljerede undersøgelser af alle fire galileiske satellitter og fotograferede andre satellitter ( Himalia og Elara ) på lang afstand [36] . Sonden gjorde det også muligt at studere Den Lille Røde Plet , magnetosfæren og planetens ringsystem [37] .
Indtil 2016 var det eneste rumfartøj, der kredsede om Jupiter, Galileo , som gik i kredsløb om Jupiter den 7. december 1995. Den kredsede om planeten i mere end syv år og lavede 35 omdrejninger, hvorefter den blev ødelagt af et kontrolleret fald på Jupiter den 21. september 2003 [38] . I løbet af denne tid indsamlede han en stor mængde information om Jupiter-systemet, selvom informationsstrømmen ikke var så stor som forventet, på grund af et sammenbrud i opstillingen af en snævert fokuseret antenne [39] . Hovedbegivenhederne i løbet af de otte års forskning omfattede adskillige forbiflyvninger af alle de galileiske satellitter , såvel som af satellitten Amalthea (Galileo var den første sonde, der udførte en sådan forbiflyvning) [40] . Han observerede også indvirkningen af kometen Shoemaker-Levy 9 på Jupiter under dens tilgang til Jupiter i 1994 og sendte en atmosfærisk sonde ind i Jupiters atmosfære i december 1995 [41] .
Den 16.-22. juli 1994 observerede kameraerne på rumfartøjet Galileo fragmenter af kometen Shoemaker-Levy 9 under deres fald på Jupiters sydlige halvkugle med en hastighed på omkring 60 km/s. Dette var den første direkte observation af en udenjordisk kollision af objekter i solsystemet [42] .
Kometfragmenternes fald skete på siden af Jupiter, skjult for Jorden. Galileo, som på det tidspunkt var i en afstand af 1,6 AU. fra planeten, registrerede en ildkugle fra kollisionen, som nåede en toptemperatur på omkring 24.000 K (sammenlign med temperaturer, der er typiske for Jupiters øvre skylag på omkring 130 K, eller -140 ° C). Den stigende fane fra ildkuglen steg til en højde på over 3.000 km [43] .
Den atmosfæriske sonde blev adskilt fra Galileo i juli 1995 og kom ind i planetens atmosfære den 7. december 1995 med en hastighed på 47,8 km/s . Under deceleration i Jupiters atmosfære nåede g-kræfterne 228 g. Sonden kastede derefter resterne af sit varmeskjold og udsatte en faldskærm, som faldt ned gennem 156 km af atmosfæren i 57,6 minutter , og indsamlede og transmitterede data, før den blev beskadiget af tryk (22 gange det normale atmosfæriske tryk på Jorden) og temperatur ( 153 °C) [44] . Efter at have nået de dybere og opvarmede lag af atmosfæren, kunne den smelte eller sandsynligvis fordampe. Galileo-kredsløbet oplevede en hurtigere version af samme skæbne, da den blev sendt til planeten den 21. september 2003 med hastigheder på over 50 km/s for at eliminere enhver chance for at falde ned på Jupiters måne Europa og forårsage biologisk forurening [45] .
De vigtigste videnskabelige resultater af Galileo-missionen omfatter [46] [47] [48] [49] [50] :
Juno- rumfartøjet (NASA) blev opsendt den 5. august 2011. Efter at have nået Jupiter skiftede den interplanetariske station til en polær bane for at studere planetens struktur, dens gravitationsfelt og magnetosfære (især nær polerne) . Rumfartøjet har til formål at besvare spørgsmål om, hvordan Jupiter blev dannet, herunder om planeten har en stenet kerne, hvor meget vand der er til stede i atmosfæren, og hvordan massen er fordelt inden for planeten. Det er også planlagt at studere planetens indre atmosfæriske strømme [51] , som kan nå hastigheder på 600 km/t [52] [53] .
I slutningen af 1980'erne - begyndelsen af 1990'erne. projektet af den sovjetiske AMS " Tsiolkovsky " blev udviklet til undersøgelse af Solen og Jupiter, planlagt til at blive lanceret i 1990'erne, men ikke implementeret på grund af USSR 's sammenbrud .
På grund af tilstedeværelsen af mulige underjordiske flydende oceaner på planetens satellitter - Europa , Ganymedes og Callisto - er der stor interesse for at studere netop dette fænomen. Økonomiske problemer og tekniske vanskeligheder førte til annulleringen af Europa Orbiter -projektet med landing af cryobots (til at arbejde på isoverfladen) og hydrobots (til opsendelse i det underjordiske hav) på Europa [54] ; projektet var planlagt af NASA, men blev til sidst aflyst i 2002. [55] I 2005 blev planerne aflyst om at opsende endnu et NASA-rumfartøj, Jupiter Icy Moons Orbiter [56] . Det europæiske projekt Jovian Europa Orbiter er blevet erstattet af Europa Jupiter System Mission beskrevet nedenfor [57] .
Europa Jupiter System Mission er et fælles NASA / ESA - projekt til at studere Jupiter og dens måner. I februar 2009 blev det annonceret, at Europa Jupiter System Mission blev prioriteret over Titan Saturn System Mission [58] [59] . Meddelelsen sagde, at den omtrentlige planlagte lanceringsdato er 2020'erne. Missionen vil bestå af en NASA-opereret Jupiter Europa Orbiter til at udforske den gigantiske planet og dens satellitter Europa og Io og en ESA-opereret Jupiter Ganymede Orbiter til at udforske dens satellitter Ganymede og Callisto [60] [ 61] [62] . ESA-finansiering til projektet vil fortsat konkurrere med resten af dets projekter [63] . I 2010 blev Titan Saturn System Mission erklæret en prioritet, men EJSM-missionen blev ikke aflyst. Derudover kan Japan deltage i EJSM-missionen med Jupiter Magnetospheric Orbiter (JMO) for at studere Jupiters magnetosfære. Som en del af EJSM-missionen planlægger Rusland , med deltagelse af ESA, et andet Laplace-apparat - Europe P til at lande på Europa.
I maj 2012 blev det annonceret, at ESA ville gennemføre en omfattende europæisk-russisk Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) mission for at studere Jupiter og dens satellitter med et foreslået hav under overfladen (Ganymede, Callisto, Europa) med en opsendelse i 2022 og ankomst i systemet Jupiter i 2030, hvor det russiske rumfartøj vil lande på Ganymedes [64] [65] .
Mens det er umuligt at lande på selve Jupiter, kan fremtidige bemandede missioner lande på de galilæiske måner. Et særligt mål er månen Europa , på grund af den potentielle eksistens af liv på den, og satellitten Callisto , på grund af dens relativt lave niveau af ioniserende stråling [66] [67] . I 2003 foreslog NASA et program kaldet " HOPE " ("Human Outer Planets Exploration", "Bemandet Exploration of the Outer Planets"), som involverer bemandede missioner til Jupiters måner i Galilea [68] . NASA forudsiger mulige forsøg af denne art omkring 2040'erne [69] .
Vision for Space Exploration -politikken , der blev annonceret i januar 2004, diskuterede NASA bemandede missioner ud over Mars og bemærkede, at "tilstedeværelsen af menneskelige opdagelsesrejsende" kan være ønskelig på Jupiters måner [70] . Forud for aflysningen af JIMO-missionen - administrator O'Keefe, at "bemandet efterforskning vil følge i fremtiden" [71] .
NASA har foreslået muligheden for at udvinde stoffer fra de ydre planeters atmosfære, herunder det foreslåede helium-3 -kernebrændsel . Fabrikker placeret i kredsløb kan producere gas, som derefter leveres af et kredsende transportskib [72] .
Satellit | Dosishastighed , rem /dag |
---|---|
Og ca | 3600 [73] |
Europa | 540 [73] |
Ganymedes | 8 [73] |
Callisto | 0,01 [73] |
jorden | 0,07 |
Jupiter-systemet skaber dog særlige gener for kolonisering på grund af den alvorlige strålingssituation . For personer uden for skjoldet vil dosisbelastningen være cirka 3600 rem pr. dag på overfladen af Io og cirka 540 rem pr. dag på overfladen af Europa [73] . At modtage en dosis på omkring 0,75 sievert ( 75 rem ) på én gang eller i kort tid er nok til at forårsage akut strålesyge , og omkring 5 Sv ( 500 rem ) er dødelig [73] [74] .
Ganymedes er planetens største måne i solsystemet. Ganymedes er den eneste måne med en magnetosfære , men den overskygges af Jupiters magnetfelt . På overfladen af Ganymedes er den ækvivalente dosishastighed cirka 0,08 Sv ( 8 rem ) pr. dag [73] . På Callisto , som er længere væk fra Jupiters kraftige strålingsbælte, er dosishastigheden kun 0,1 mSv ( 0,01 rem ) pr. dag [73] . Et af hovedmålene for HOPE er studiet af Callisto. Muligheden for at bygge en base på overfladen af Callisto blev diskuteret på grund af det lave niveau af stråling i afstanden af denne satellit fra Jupiter og dens geologiske stabilitet. Callisto er den eneste af Jupiters galilæiske måner, der kan besøges af mennesker. Niveauerne af ioniserende stråling på Io, Europa og Ganymedes er ugunstige for menneskeliv, og der er ikke udviklet tilstrækkelige beskyttelsesforanstaltninger til dette formål [75] .
Det formodes at bygge en base på overfladen, som kunne producere brændstof til yderligere udforskning af solsystemet. I 1997 blev Artemis udviklet - en plan for koloniseringen af Europa -satellitten [67] . Ifølge denne plan skal opdagelsesrejsende bore gennem isen på Europas overflade, gå ind i det foreslåede underjordiske hav, hvor de formodes at leve i en kunstig luftlomme[76] .
![]() |
---|
Jupiter | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Egenskaber | |||||||
satellitter |
| ||||||
Forskning | |||||||
Andet | |||||||
se også Kategori:Jupiter solsystem |
Rumudforskning af solsystemet | |
---|---|
Udforskning af andre planeter | |
Lister |
|
Objekter på andre planeter |
|
Jupiter-udforskning med rumfartøjer | |
---|---|
Fra en flyvende bane | |
Fra kredsløb | |
Landingsonder | |
Fremtidige missioner | |
Aflyste missioner | |
se også |