Войти
Исследование Юпитера было проведено путем тщательных наблюдений с помощью автоматического космического корабля. Он начался с прибытия Pioneer 10 в систему Юпитера в 1973 году и, по состоянию на 2016 год, продолжился еще восемью полетами космических кораблей. Все эти миссии были выполнены Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), и все, кроме двух, были пролетами, в ходе которых проводились подробные наблюдения без приземления или выхода на орбиту зонда . Эти зонды делают Юпитер самой посещаемой из внешних планет Солнечной системы , поскольку во всех миссиях к внешней Солнечной системе использовались облеты Юпитера для снижения потребности в топливе и время поездки. 5 июля 2016 года космический корабль Juno прибыл и вышел на орбиту планеты - второй корабль, когда-либо сделавший это. Отправка корабля к Юпитеру сопряжена со многими техническими трудностями, особенно из-за больших потребностей зондов в топливе и воздействия суровой радиационной среды на планете.
Первым космическим кораблем, посетившим Юпитер, был Pioneer 10 в 1973 году, а годом позже - Pioneer 11. Помимо первых снимков планеты крупным планом, зонды обнаружили ее магнитосферу и в основном жидкие внутренние части. Зонды Voyager 1 и Voyager 2 посетили планету в 1979 году и изучили ее луны и кольцевую систему, обнаружив вулканическая активность Ио и наличие воды льда на поверхности Европы. Улисс продолжил изучение магнитосферы Юпитера в 1992 году, а затем снова в 2000 году. Зонд Кассини приблизился к планете в 2000 году и сделал очень подробные изображения ее атмосферы. Космический аппарат New Horizons прошел мимо Юпитера в 2007 году и провел улучшенные измерения его параметров и параметров его спутников.
Космический корабль Galileo первым вышел на орбиту вокруг Юпитера, прибыл в 1995 году и изучал планету до 2003 года. За это время Галилей собрал большой объем информации о системе Юпитера, близко подходя ко всем четырем большим галилеевым спутникам и находя доказательства наличия тонких атмосфер на трех из них, а также возможность наличия жидкой воды под их поверхностями. Он также обнаружил магнитное поле вокруг Ганимеда. Приближаясь к Юпитеру, он также стал свидетелем удара кометы Шумейкера – Леви 9. В декабре 1995 года он послал атмосферный зонд в атмосферу Юпитера, пока что единственный корабль, который сделал это.
В июле 2016 года космический корабль Juno, запущенный в 2011 году, успешно завершил свой орбитальный маневр и сейчас находится на орбите вокруг Юпитера, выполняя свою научную программу.
Европейское космическое агентство выбрало миссию класса L1 JUICE в 2012 году в рамках своей программы Cosmic Vision для исследования трех галилеевов Юпитера. спутники с возможным посадочным устройством на Ганимед, предоставленным Роскосмосом. Предполагается, что JUICE будет запущен в 2022 году.
Индийская организация космических исследований планирует запустить первую индийскую миссию к Юпитеру в 2020-х годах с помощью ракеты-носителя с геосинхронным спутником Mark III.
Китайское национальное космическое управление планирует запустить миссию к Юпитеру примерно в 2029 году для исследования планеты и ее спутников.
Список предыдущих и предстоящих миссий во внешние области Солнечной системы (включая Юпитер) можно найти в статье Список миссий к внешним планетам.
Юпитер глазами космический зонд Кассини Полеты с Земли на другие планеты в Солнечной системе требуют больших затрат энергии. Космическому кораблю требуется почти такое же количество энергии, чтобы достичь Юпитера с земной орбиты, как и для того, чтобы вывести его на орбиту в первую очередь. В астродинамике этот расход энергии определяется чистым изменением скорости космического корабля или дельта-v. Энергия, необходимая для достижения Юпитера с околоземной орбиты, требует дельта-v около 9 км / с по сравнению с 9,0–9,5 км / с для достижения низкой околоземной орбиты с Земли. Гравитация помогает посредством планетарных облетов (например, Земли или Венеры ) может использоваться для уменьшения потребности в энергии (т. Е. Топлива) при запуске, за счет значительно большей продолжительности полета для достижения такой цели, как Юпитер, по сравнению с прямой траекторией. Ионные двигатели, способные выполнять дельта-v более 10 км / с, использовались на Космический корабль "Рассвет". Этого дельта-v более чем достаточно для полета к Юпитеру с солнечной орбиты того же радиуса, что и у Земли, без помощи гравитации.
Основная проблема при отправке космических зондов к Юпитеру заключается в том, что Планета не имеет твердой поверхности, на которую можно было бы приземлиться, поскольку существует плавный переход между атмосферой планеты и ее жидкими недрами. Любые зонды, спускающиеся в атмосферу, в конечном итоге раздавливаются огромным давлением внутри Юпитера.
Другой серьезной проблемой является количество излучения, которому подвергается космический зонд, из-за жесткой среды вокруг Юпитера, содержащей заряженные частицы (подробное объяснение см. Магнитосфера Юпитера ). Например, когда Pioneer 11 наиболее близко подошел к планете, уровень радиации был в десять раз выше, чем предсказывали конструкторы Pioneer, что привело к опасениям, что зонды не выживут. С несколькими незначительными сбоями зонд смог пройти через радиационные пояса, но он потерял большую часть изображений луны Ио, так как радиация вызвала фото Pioneer поляриметр для приема ложных команд. Последующий и гораздо более технологичный космический корабль "Вояджер " пришлось переработать, чтобы справиться с уровнями радиации. В течение восьми лет, когда космический корабль «Галилео» находился на орбите планеты, доза облучения зонда намного превышала его проектные характеристики, а его системы несколько раз выходили из строя. гироскопы космического корабля часто показывали повышенные погрешности, а электрические дуги иногда возникали между его вращающейся и невращающейся частями, заставляя его переходить в безопасный режим, что приводило к полная потеря данных с 16-й, 18-й и 33-й орбит. Излучение также вызвало фазовые сдвиги в сверхстабильном кварцевом генераторе Галилея.
Южный полюс (Кассини ; 2000) 
Южный полюс (Юнона ; 2017) 
Анимация траектории Pioneer 11 вокруг Юпитера с 30 ноября 1974 г. по 5 декабря 1974 г.. Pioneer 11 ·Юпитер ·Io ·Европа ·Ганимед ·Каллисто 
Pioneer 10 был первым космическим кораблем, посетившим Юпитер. Первым космическим кораблем, который исследовал Юпитер, был Pioneer 10, который пролетел мимо планеты в декабре 1973 года, а затем Пионер 11 двенадцать месяцев спустя. "Пионер-10" впервые получил крупные планы Юпитера и его галилеевых спутников ; космический корабль изучил атмосферу планеты, обнаружил ее магнитное поле, наблюдал ее радиационные пояса и определил, что Юпитер в основном жидкий. 4 декабря 1974 года Pioneer 11 подошел ближе всего к верхушкам облаков Юпитера в пределах 34 000 км. Он получил впечатляющие изображения Большого Красного Пятна, провел первое наблюдение огромных полярных областей Юпитера и определил масса спутника Юпитера Каллисто. Информация, собранная этими двумя космическими кораблями, помогла астрономам и инженерам улучшить конструкцию будущих зондов, чтобы более эффективно справляться с окружающей средой вокруг гигантской планеты.
Покадровая съемка из подхода «Вояджер-1» к Юпитеру «Вояджер-1» начал фотографировать Юпитер в январе 1979 г. и наиболее близко подошел к нему 5 марта 1979 г. на расстоянии 349 000 км от центра Юпитера. Такой близкий подход позволил получить более высокое разрешение изображения, хотя короткая продолжительность пролета означала, что большинство наблюдений спутников Юпитера, колец, магнитного поля и радиационной среды было выполнено. за 48-часовой период приближения, хотя «Вояджер-1» продолжал фотографировать планету до апреля. Вскоре за ним последовал "Вояджер-2", который приблизился 9 июля 1979 года в 576000 км от верхних слоев облаков. Зонд обнаружил кольцо Юпитера, обнаружил сложные вихри в его атмосфере, обнаружил действующие вулканы на Ио, процесс, аналогичный тектонике плит на Ганимеде, и многочисленные кратеры на Каллисто.
Миссии «Вояджер» значительно улучшили наше понимание галилеевых спутников, а также обнаружили кольца Юпитера. Они также сделали первые снимки атмосферы планеты крупным планом, на которых было видно Большое Красное Пятно как сложный шторм, движущийся против часовой стрелки. В полосатых облаках были обнаружены и другие более мелкие бури и водовороты (см. Анимацию справа). Два новых малых спутника, Адрастея и Метис, были обнаружены на орбите сразу за пределами кольца, что сделало их первыми спутниками Юпитера, идентифицированными космическим кораблем. Третий новый спутник, Фива, был обнаружен между орбитами Амальтеи и Ио.
Обнаружение вулканической активности на луне Ио было величайшим неожиданным открытием миссии, так как это было Впервые активный вулкан наблюдался не на Земле, а на другом небесном теле. Вместе «Вояджеры» зафиксировали извержение девяти вулканов на Ио, а также свидетельства других извержений, произошедших между встречами «Вояджера».
Европа показала большое количество пересекающихся линейных объектов на фотографиях с «Вояджером-1» в низком разрешении. Сначала ученые полагали, что это могут быть глубокие трещины, вызванные рифтингом земной коры или тектоническими процессами. Фотографии с высоким разрешением с «Вояджера-2», сделанные ближе к Юпитеру, оставили ученых в недоумении, поскольку на этих фотографиях почти полностью отсутствовал топографический рельеф. Это заставило многих предположить, что эти трещины могут быть похожи на льдины на Земле, и что внутри Европы может быть жидкая вода. Европа может быть внутренне активна из-за приливного нагрева на уровне примерно одной десятой от Ио, и в результате считается, что у Луны тонкая кора толщиной менее 30 километров (19 миль). водяной лед, возможно, плавающий в океане глубиной 50 километров (31 миль).
8 февраля 1992 года солнечный зонд Ulysses пролетел мимо северного полюса Юпитера в расстояние 451000 км. Этот маневр поворота потребовался Улиссу для достижения очень высокой - наклонения орбиты вокруг Солнца, увеличивая его наклон к эклиптике до 80,2 градуса. Гравитация гигантской планеты искривила траекторию полета космического корабля вниз и от плоскости эклиптики, переведя его на конечную орбиту вокруг северного и южного полюсов Солнца. Размер и форма орбиты зонда были скорректированы в гораздо меньшей степени, так что его афелий оставался примерно на 5 а.е. (расстояние Юпитера от Солнца), в то время как его перигелий находился на некотором расстоянии от Солнца. за пределами 1 а.е. (расстояние Земли от Солнца). Во время встречи с Юпитером зонд провел измерения магнитосферы планеты. Поскольку у зонда не было камер, снимков не было. В феврале 2004 г. зонд снова прибыл в окрестности Юпитера. На этот раз расстояние от планеты было намного больше - около 120 миллионов км (0,8 а.е.), но он провел дальнейшие наблюдения Юпитера.
В 2000 году зонд Cassini на пути к Сатурну, пролетел мимо Юпитера и обеспечил одни из самых высоких разрешений, когда-либо сделанных на нашей планете. Он подошел ближе всего 30 декабря 2000 года и провел множество научных измерений. Около 26 000 изображений Юпитера было сделано за многомесячный пролёт. Он позволил получить самый подробный глобальный цветной портрет Юпитера, на котором самые маленькие видимые детали составляют примерно 60 км (37 миль) в поперечнике.
Основное открытие облета, о котором было объявлено 5 марта 2003 г., было Атмосферная циркуляция Юпитера. Темные пояса чередуются со светлыми зонами в атмосфере, а зоны с их бледными облаками ранее считались учеными зонами восходящего воздуха, отчасти потому, что на Земле облака, как правило, образуются из-за поднимающегося воздуха. Анализ изображений Кассини показал, что темные пояса содержат отдельные грозовые ячейки восходящих ярко-белых облаков, слишком маленьких, чтобы их можно было увидеть с Земли. из Института космических исследований Годдарда НАСА сказал, что «пояса должны быть областями чистого восходящего атмосферного движения на Юпитере, [так] чистое движение в зонах должно быть
Другие атмосферные наблюдения включали в себя закрученный темный овал высокой атмосферной дымки размером с Большое Красное Пятно, недалеко от северного полюса Юпитера. Инфракрасные изображения выявили аспекты циркуляции около полюсов с полосами окружающих земной шар ветров и соседними полосами, движущимися в противоположных направлениях. В том же заявлении также обсуждалась природа колец Юпитера. Рассеяние света частицами в кольцах показало, что частицы имели неправильную форму (а не сферическую) и, вероятно, возникли как выбросы от ударов микрометеоритов о спутники Юпитера, вероятно, на Метисе и Адрастее. 19 декабря 2000 года космический корабль Кассини сделал снимок Луны с очень низким разрешением Гималии, но он был слишком далек, чтобы показать какие-либо детали поверхности.
Видео вулканических шлейфов на Ио, записанное New Horizons в 2008 г. Зонд New Horizons на пути к Плутону пролетел мимо Юпитера для помощи в гравитации и был первым зондом, запущенным непосредственно к Юпитеру со времен «Улисса» в 1990 году. Его дальномером-разведчиком (LORRI) были сделаны первые фотографии Юпитера 4 сентября 2006 года. В декабре 2006 года космический корабль начал дальнейшие исследования системы Юпитера и сделал его самое близкое сближение - 28 февраля 2007 года.
Несмотря на близость к Юпитеру, инструменты New Horizons провели точные измерения орбит внутренних спутников Юпитера, в частности Амальтеи. Камеры зонда измерили вулканы на Ио, подробно изучили все четыре галилеевы луны и провели дальние исследования внешних спутников Гималии и Элары. Корабль также изучил Маленькое красное пятно Юпитера, магнитосферу планеты и систему тонких колец.
19 марта 2007 г. компьютер управления и обработки данных обнаружил неисправимую ошибку памяти и сам перезагрузился, что привело к космический корабль перейти в безопасный режим. Корабль полностью восстановился в течение двух дней с некоторой потерей данных о хвосте магнитосферы Юпитера. Никаких других событий потери данных не было связано с встречей. Из-за огромных размеров системы Юпитера и относительной близости системы Юпитера к Земле по сравнению с близостью Плутона к Земле, New Horizons отправила на Землю больше данных с встреча с Юпитером, чем встреча с Плутоном.
Анимация траектории Галилео вокруг Юпитера с 1 августа 1995 года по 30 сентября 2003 года. Galileo ·Юпитер ·Ио ·Европа ·Ганимед ·Каллисто Первым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Юпитера, был орбитальный аппарат Галилео, который вышел на орбиту вокруг Юпитера 7 декабря 1995 года. Он вращался вокруг планеты в течение за семь лет, совершив 35 витков по орбите, прежде чем он был разрушен во время управляемого столкновения с Юпитером 21 сентября 2003 года. За этот период он собрал большой объем информации о системе Юпитера; объем информации был не так велик, как предполагалось, потому что развертывание его радиопередающей антенны с высоким коэффициентом усиления не удалось. Основные события в течение восьмилетнего исследования включали многократные облеты всех галилеевых спутников, а также Амальтею (первый зонд, совершивший это). Он также стал свидетелем удара кометы Шумейкера – Леви 9, когда она приближалась к Юпитеру в 1994 году, и посылки атмосферного зонда в атмосферу Юпитера в декабре 1995 года.
Последовательность изображений Галилео, сделанных с интервалом в несколько секунд. показывает появление огненного шара на темной стороне Юпитера от одного из осколков кометы Шумейкера – Леви 9, попавшего в планету. Камеры космического корабля «Галилео» наблюдали фрагменты кометы Шумейкера – Леви 9 между 16 и 22 июля 1994 года, когда они столкнулись с южным полушарием Юпитера на скорости примерно 60 километров в секунду. Это было первое прямое наблюдение внеземного столкновения объектов солнечной системы. Хотя столкновения произошли на стороне Юпитера, скрытой от Земли, Галилей, находившийся тогда на расстоянии 1,6 а.е. от планеты, смог увидеть столкновения по мере их возникновения. Его инструменты обнаружили огненный шар, пиковая температура которого составила около 24000 K, по сравнению с типичной юпитерианской температурой около 130 K (-143 ° C), при этом шлейф от огненного шара достиг высоты более 3000 км.
Атмосферный зонд был выпущен с космического корабля в июле 1995 года и вошел в атмосферу планеты 7 декабря 1995 года. После спуска с высоким g в атмосферу Юпитера зонд отбросил остатки своего теплового экрана, и он пролетел с парашютом через 150 км атмосферы, собирая данные в течение 57,6 минут, прежде чем был раздавлен давлением и температурой, которым он подвергался (примерно в 22 раза больше земных норм, при температуре 153 ° C). C). После этого он расплавился бы и, возможно, испарился. Сам орбитальный аппарат Galileo испытал более быструю версию той же судьбы, когда 21 сентября 2003 года он был намеренно направлен на планету на скорости более 50 км / с, чтобы избежать любой возможности его столкновения и заражения Европа.
Основные научные результаты миссии Galileo включают:
гигантской планеты 11 декабря 2013 года НАСА сообщило, основываясь на результатах миссии Galileo, об обнаружении «глиноподобных минералов "(в частности, филлосиликаты ), часто связанные с органическими материалами, на ледяной коре Европы, спутника Юпитера. По словам ученых, присутствие минералов могло быть результатом столкновения с астероидом или кометой.
Анимация Траектория Юноны вокруг Юпитера с 1 июня 2016 года по 31 июля 2021 года. Юнона ·Юпитер 5 августа 2011 года НАСА запустило Юнону для детального изучения Юпитера.. 5 июля 2016 года он вышел на полярную орбиту Юпитера. Космический аппарат изучает состав планеты, гравитационное поле, магнитное поле и полярная магнитосфера. Юнона также ищет подсказки о том, как образовался Юпитер, в том числе о том, имеет ли планета скалистое ядро, количество воды, присутствующей в глубинных слоях атмосферы, и то, как масса распределена внутри планеты. Юнона также изучает глубокие ветры Юпитера, которые могут достигать скорости 600 км / ч.
ЕКА Jupiter Icy Moon Explorer ( JUICE) был выбран в рамках научной программы ESA Cosmic Vision. Ожидается, что его запуск состоится в 2022 году, а после серии облетов внутренней части Солнечной системы он прибудет в 2030 году. В 2012 году Европейское космическое агентство выбрало JUpiter ICy moon Explorer (JUICE) в качестве своего первого большого корабля. миссия, заменившая свой вклад в EJSM, Jupiter Ganymede Orbiter (JGO). Партнерство с миссией Europa Jupiter System с тех пор закончилось, но НАСА продолжит вносить вклад в европейскую миссию, предоставляя оборудование и инструменты.
Europa Clipper Это миссия, предложенная НАСА для изучения спутника Юпитера Европы. В марте 2013 года были выделены средства на «деятельность по предварительному составлению и / или формулированию для миссии, которая отвечает научным целям, обозначенным для миссии Юпитер Европа в последнем планетарном десятилетнем обзоре». Предлагаемая миссия будет запущена в начале 2020-х годов и достигнет Европы после 6,5-летнего круиза. Космический корабль облетит Луну 32 раза, чтобы минимизировать радиационные повреждения.
Китай объявил о планах отправить свою первую миссию к Юпитеру в 2036 году.
Из-за возможность существования жидких океанов под поверхностью на спутниках Юпитера Европа, Ганимед и Каллисто, был большой интерес к детальному изучению ледяных спутников. Трудности с финансированием задерживают прогресс. Europa Orbiter был запланированной миссией НАСА на Европу, которая была отменена в 2002 году. Его основные цели включали определение наличия или отсутствия подповерхностного океана и определение мест-кандидатов для будущих миссий спускаемых аппаратов. Также изучались миссия НАСА JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter), которая была отменена в 2005 году, и европейская миссия Jovian Europa Orbiter, но была заменена миссией Europa Jupiter System Mission.
Миссия системы Юпитера в Европе (EJSM) была совместным предложением НАСА / ЕКА по исследованию Юпитера и его спутников. В феврале 2009 года было объявлено, что оба космических агентства отдали приоритет этой миссии перед системной миссией Titan Saturn. Предложение включает дату запуска около 2020 года и включает управляемый НАСА Jupiter Europa Orbiter и управляемый ESA Jupiter Ganymede Orbiter. Вклад ЕКА столкнулся с конкуренцией за финансирование со стороны других проектов ЕКА. Однако орбитальный аппарат Jupiter Europa Orbiter (JEO), созданный НАСА, был сочтен Planetary Decadal Survey слишком дорогим. Исследование поддержало более дешевую альтернативу JEO.
Хотя ученым требуются дополнительные доказательства для определения размеров скалистого ядра на Юпитере, его галилеевы спутники предоставляют потенциальную возможность для будущих исследований человека.
Особые цели - Европа из-за ее жизнеспособности и Каллисто из-за ее относительно низкой дозы радиации. В 2003 году НАСА предложило программу под названием «Исследование внешних планет человека» (НАДЕЖДА), которая предусматривала отправку астронавтов для исследования галилеевых спутников. НАСА прогнозирует возможную попытку когда-нибудь в 2040-х годах. В политике Vision for Space Exploration, объявленной в январе 2004 года, НАСА обсуждало миссии за пределами Марса, отмечая, что «присутствие человека для исследования» может быть желательным на спутниках Юпитера. Перед отменой миссии JIMO администратор НАСА Шон О'Киф заявил, что «люди-исследователи последуют за ним».
НАСА высказало предположение о возможности добычи полезных ископаемых атмосферы внешних планет, в частности, для гелия-3, изотопа гелия, который редко встречается на Земле и может иметь очень высокое значение на единицу масса как термоядерное топливо. Заводы, расположенные на орбите, могли добывать газ и доставлять его на корабли посещения. Однако система Юпитера в целом представляет особые недостатки для колонизации из-за тяжелых радиационных условий, преобладающих в магнитосфере Юпитера и особенно глубокой гравитационной яме планеты. Юпитер будет доставлять около 36 Зв (3600 бэр) в день незащищенным колонистам на Ио и около 5,4 Зв (540 бэр) в день незащищенным колонистам в Европе, что является решающим аспектом в связи с тем, что уже воздействия около 0,75 Зв в течение нескольких дней достаточно, чтобы вызвать радиационное отравление, а около 5 Зв в течение нескольких дней является фатальным.
| Луна | rem / день |
|---|---|
| Io | 3600 |
| Европа | 540 |
| Ганимед | 8 |
| Каллисто | 0,01 |
| Земля (макс.) | 0,07 |
| Земля (Avg) | 0,0007 |
Ганимед - самая большая луна Солнечной системы и единственный известный спутник Солнечной системы с магнитосферой, но это не защищает его от космического излучения в значительной степени, потому что оно затмевается магнитным полем Юпитера. Ганимед получает около 0,08 Зв (8 бэр) излучения в день. Каллисто находится дальше от сильного радиационного пояса Юпитера и подвержен только 0,0001 Зв (0,01 бэр) в день. Для сравнения: среднее количество радиации, принимаемой живым организмом на Земле, составляет около 0,0024 Зв в год; самые высокие уровни естественной радиации на Земле зарегистрированы около горячих источников Рамсарской и составляют около 0,26 Зв в год.
Одной из основных целей, выбранных исследованием HOPE, была Каллисто. Возможность строительства наземной базы на Каллисто была предложена из-за низкого уровня радиации на расстоянии от Юпитера и его геологической стабильности. Каллисто - единственный галилейский спутник, на котором возможно поселение людей. Уровни ионизирующего излучения на Ио, Европе и долгосрочные на Ганимеде враждебны для жизни человека, и адекватные защитные меры еще не разработаны.
Можно построить наземная база, которая будет производить топливо для дальнейшего исследования Солнечной системы. В 1997 году в рамках проекта Артемида был разработан план колонизации Европы. Согласно этому плану, исследователи должны были углубиться в ледяную кору Европы, войдя в предполагаемый подземный океан, где они будут населять искусственные воздушные карманы.
