«Самая пыльная планета» – источник зодиакального света?

Если взглянуть на ночное небо перед самым рассветом или после захода Солнца, наблюдатель может заметить слабое свечение на горизонте. Это зодиакальный свет. Другими словами, это солнечный свет, отражающийся в направлении Земли благодаря крохотным пылевым частицам, вращающимся вокруг светила. Астрономы очень долго считали, что эта пыль заносится во внутренние области Солнечной системы несколькими семействами астероидов и комет, которые осмеливаются заглядывать в наши, так сказать, «края».

Зодиакальный свет. Фотография сделана 1 марта 2021 г. из Долины Черепа (Skull Valley, штат Юта).

Но теперь специалисты миссии Juno («Юнона»), считают, что в этом красивом явлении повинен… Марс. 11 ноября 2020 г. выдвинутое предположение впервые было опубликовано на онлайн-странице американского журнала Journal of Geophysical Research: Planets (сокращенно: JGR: Planets). 9 марта 2021 г. рецензированная статья вышла в бумажной версии JGR: Planets.

Как ученые могли додуматься до такого?! Бортовые приборы Juno во время полета зонда на отрезке Земля-Юпитер (2013-2016 гг.) совершенно случайно зарегистрировали частицы космической пыли, которые буквально «зацепили» аппарат. Это «дорожное» происшествие дало ученым зацепку к разгадке тайны происхождения и орбитальной эволюции космической пыли, что позволило приблизиться к пониманию загадочного зодиакального света.

Хотя это открытие и имеет далекоидущие последствия для науки, ученые не планировали его совершать. Профессор Датского технического университета Джон Лейф Йёргенсен (John Leif Jørgensen) говорит, что никогда не предполагал, что будет заниматься поисками межпланетной пыли.

Йёргенсен спроектировал четыре звездных датчика, являющихся частью системы магнитометрических исследований Juno. Эти бортовые камеры делают моментальные снимки неба каждую четверть секунды. Такая частота требуется для определения ориентации межпланетного зонда в пространстве. Делается это по распознаванию участков звездного неба. Йёргенсен втайне надеялся, что его камеры поймают в объектив какой-нибудь неоткрытый астероид, поэтому запрограммировал одну камеру «докладывать» о попадании в множественные последовательные изображения объектов, не входящих в каталог известных небесных тел.

Тем не менее профессор не ожидал обнаружить ничего интересного, так как в звездный каталог и так включены все «близвращающиеся» астрономические тела. Поэтому, когда камера начала сбрасывать на Землю тысячи неопознанных объектов, то появляющихся, то исчезающих, Йёргенсен и его коллеги были сбиты с толку. Перебрав множество обоснованных и несколько неправдоподобных вариантов и исключив совсем обескураживающий и расстраивающий команду миссии вариант, что камера снимает утекающее топливо из поврежденного бака Juno, «мыслители» пришли к выводу, что здесь что-то не так – ведь изображения выглядели так, будто кто-то вытряхивал пыльную скатерть в окно.

Через некоторое, потраченное на размышления время, ученых осенило: космическая пыль натолкнулась на зонд на скорости 16 тысяч км/час и сколола от него кусочки субмиллиметрового размера. «Если даже мы говорим о мельчайших частицах, на такой скорости они способны нанести определенный урон», — объясняет руководитель магнитометрических измерений Juno и заместитель руководителя проекта, астрофизик Джон Коннерни (John E.P. Connerney), работающий в Центре космических полетов имени Годдарда (г. Гринбелт, штат Мэриленд).

Причем выяснилось, что пыль прошла сквозь солнечные панели. Им не был нанесен вред только потому, что задняя (темная) сторона панелей хорошо защищена от столкновений поддерживающими конструкциями. «На каждой отслеженной нами частице присутствуют следы столкновения с межпланетной космической пылью. Это позволяет составить распределение пыли по ходу движения аппарата», — поясняет Коннерни.

Йёргенсен и Коннерни обратили внимание, что подавляющее большинство столкновений с пылевыми частицами было зафиксировано между Землей и поясом астероидов. И вообще «Юноне» повезло – площадь ее солнечных панелей оказалась в 1000 раз больше, чем у большинства специальных детекторов космической пыли!

Специалисты миссии определили, что облака космической пыли заканчиваются у Земли, поскольку наша атмосфера поглощает их. «Это и есть та пыль, которую мы идентифицируем как зодиакальный свет», — поясняет Йёргенсен. «На том конце» межпланетного пространства облака пыли исчезают сразу за Марсом, то есть на расстоянии около 2 а.е. от Солнца. Там, говорят ученые, гравитационные силы Юпитера срабатывают как барьер, препятствующий проникновению пылевых частиц из внутренней области Солнечной системы во внешнюю. Схожий феномен под названием орбитальный резонанс предотвращает попадание частиц из дальнего космоса во внутреннюю Солнечную систему.

Таким образом, гравитационный барьер «помещает» облака пыли на круговую орбиту вокруг Солнца. Ну а единственное тело на расстоянии 2 а.е. от Солнца, вращающееся по круговой орбите, — это Красная планета… Следовательно, разумным будет предположить, что пыль, которая в нашем небе «трансформируется» в зодиакальный свет, прибыла с самой пыльной планеты, которую мы знаем! Неожиданное открытие не только для обывателей, но и для ученых.

Все бы ничего, да один вопрос остается пока без ответа. Как пыль преодолевает гравитационное притяжение Марса? Команда миссии надеется, что на него ответят уже другие ученые…

Между прочим, вычисление плотности и распределения космической пыли в Солнечной системе позволит инженерам спроектировать корпуса будущих межпланетных зондов и пилотируемых кораблей так, чтобы они выдерживали «натиск» пыли. Можно также составить такие маршруты, чтобы «окольными путями» миновать области повышенной концентрации пылевых частиц.

В системе Юпитера задержаться до 2025 года!

Вообще, настоящее предназначение американской межпланетной станции Juno – подробнейшим образом изучать атмосферу и внутреннюю структуру Юпитера и космической среды вокруг него.

Зонд запустили 5 августа 2011 г., а на полярную орбиту вокруг Юпитера Juno был выведен в ночь с 4 на 5 июля 2016 г. В феврале 2018 г. формально завершилась основная миссия, но 6 июня 2018 г. Лаборатория реактивного движения JPL (Jet Propulsion Laboratory) объявила о продлении работы аппарата на орбите вокруг Юпитера до июля 2021 г., а обработку научной информации – до сентября 2022 г. включительно.

Продленная миссия

Однако 14 января 2021 г. NASA сообщило об еще одном продлении. Juno – самый дальний активный планетарный зонд NASA – теперь «обязан» работать в системе гиганта до сентября 2025 г. (или до момента выхода из строя из-за космической радиации). В рамках новой научной программы аппарат несколько раз пролетит сквозь тончайшие кольца Юпитера и совершит серию сближений с тремя крупнейшими и завораживающими сознание спутниками: Ганимедом, Европой и Ио. Скорректированная орбита позволит два раза пролететь возле Ганимеда, три – около Европы и целых одиннадцать раз у поверхности Ио.

Вихревые юпитерианские бури. Расстояние от облаков – 16400 км. 21.02.2021

С помощью пролётов Juno осмотрит поверхность Ганимеда сблизи и изучит трёхмерную структуру его магнитосферы. Что касается Европы, Juno попробует определить толщину ледяной мантии в разных регионах и подтвердит или опровергнет теорию о наличии жидкой воды в подповерхностных слоях. А для Ио уготовано отслеживание краткосрочных изменений в вулканической активности. Когда бы ни завершилась юпитерианская миссия, исход для Juno предначертан – аппарат совершит тормозной маневр для падения в газовое «нутро» Юпитера. Это произойдет в рамках требований планетарной защиты – защиты планет (и их спутников) от потенциального заражения земными микроорганизмами. После продления миссии Juno уже сделал несколько интересных снимков Юпитера. Например, 21 февраля, во время 32-го пролета гиганта, зонд заснял северное полушарие планеты вокруг региона, обозначаемого как Jet N7. На снимке видно множество вихревых бурь, порожденных сильными атмосферными ветрами. Данные с борта помогли ученым обнаружить другой, не такой явный, эффект от ветров: мощное магнитное поле планеты меняется с течением времени. Это происходит, потому что ветра поднимают высокоэлектропроводящий материал с низов атмосферы и «вертят» его вокруг планеты. Так меняется форма магнитного поля Юпитера.