Närliggande studier av Jupiter utfördes med hjälp av automatiska rymdfarkoster . Dessa studier började med Pioneer 10 -sonden ( NASA ), som flög genom Jupitersystemet 1973.
Under 2018 besöktes Jupitersystemet av sju förbiflygningsuppdrag ( Pioner 10 , Pioneer 11 , Voyager 1 , Voyager 2 , Ulysses , Cassini , New Horizons ) och två orbitala (" Galileo " och " Juno ").
Att skicka en station till Jupiter är förknippat med många tekniska problem, särskilt i samband med sondernas stora krav på bränsle och planetens hårda strålningsmiljö.
Den första rymdfarkosten att utforska Jupiter var Pioneer 10 1973, ett år efter att Pioneer 11 passerade genom Jupitersystemet . Förutom att skjuta planeten på nära håll upptäckte de dess magnetosfär och strålningsbältet som omger planeten.
Voyager 1 och Voyager 2 besökte planeten 1979, studerade dess satelliter och ringsystem , upptäckte Ios vulkaniska aktivitet och närvaron av vattenis på Europas yta .
Ulysses gjorde ytterligare studier av Jupiters magnetosfär 1992 och gjorde sedan några undersökningar under en lång förbiflygning år 2000.
Cassini nådde planeten år 2000 och fick mycket detaljerade bilder av dess atmosfär .
New Horizons- sonden passerade Jupiter 2007 och gjorde nya observationer av planeten och dess månar.
Galileo blev den första rymdfarkosten som kretsade runt Jupiter. Han studerade planeten från 1995 till 2003. Under denna period samlade Galileo en stor mängd information om Jupitersystemet, som kom nära alla fyra gigantiska galileiska månarna . Han bekräftade närvaron av en tunn atmosfär på tre av dem, liksom närvaron av flytande vatten under deras yta. Farkosten upptäckte också Ganymedes magnetosfär . Efter att ha nått Jupiter observerade han kollisioner med planeten av fragment av kometen Shoemaker-Levy . I december 1995 skickade rymdfarkosten en nedstigningssond in i Jupiters atmosfär, och detta uppdrag att noggrant studera atmosfären är det enda hittills.
Rymdfarkosten Juno , som lanserades den 5 augusti 2011, kretsade kring Jupiter 2016. Rymdfarkosten rör sig i en polär bana. Ett av dess mål är att ta reda på om planeten har en fast kärna.
Ett antal obemannade uppdrag till Jupiter planeras av NASA och andra rymdorganisationer (Europa, Indien, Ryssland).
Flygningar från jorden till andra planeter i solsystemet innebär höga energikostnader. Att nå Jupiter från jordens omloppsbana kräver nästan samma mängd energi för en rymdfarkost som det krävs för att initialt placera den i jordens omloppsbana. Inom astrodynamik bestäms denna energiförbrukning av nettoförändringen i rymdfarkoster, eller delta-v . Den energi som behövs för att nå Jupiter från jordens omloppsbana kräver en delta-v på cirka 9 km/s [1] , jämfört med 9,0-9,5 km/s för att nå låg jordbana från ytan [2] . Naturligtvis, för att minska kostnaden för energi (bränsle) under uppskjutning, kan en gravitationsmanöver genom att flyga förbi planeter (som Jorden eller Venus ) användas, även om kostnaden för detta är en betydande ökning av varaktigheten av flygningen att nå målet jämfört med en direkt bana [3] . En jonpropeller som den som används på rymdfarkosten Dawn [4] är kapabel att leverera en delta-v på mer än 10 km/s. Detta är mer än tillräckligt för ett Jupiter-flygförbi-uppdrag från en cirkumsolär bana med samma radie som jordens bana, utan användning av gravitationshjälp [5] .
Jupiter har ingen fast yta att landa på, med en mjuk övergång mellan planetens atmosfär och dess flytande miljö. Alla sonder som går ner i atmosfären krossas så småningom av det enorma trycket från Jupiters atmosfär [6] . Därför är alla genomförda och planerade uppdrag till Jupiter endast förbiflygande eller orbitala, såväl som atmosfäriska (med en direkt studie av atmosfärens övre skikt). Landningsuppdrag till Jupiter är inte möjliga. Landningar på Jupiters månar är dock möjliga.
En annan viktig fråga är den strålningsexponering som rymdsonden utsätts för på grund av närvaron av högenergiladdade partiklar i rymden runt Jupiter (se även Jupiters magnetosfär ). Till exempel, när Pioneer 11 kom så nära planeten som möjligt var strålningsnivån tio gånger högre än förutspått av Pioneer-utvecklarna, och detta ledde till farhågor om att sonderna inte skulle överleva; men med några mindre hicka lyckades sonden passera genom strålningsbältet . Sonden förlorade dock mestIo- satelliten , eftersom strålningen, som verkar på fotopolarimetern för bilder av Pioneer, orsakade ett antal falska kommandon [7] . Efterföljande och mer tekniskt avancerade Voyagers måste modifieras för att klara av betydande strålningsnivåer [8] . Galileo -sonden fick under sina åtta år i omloppsbana om planeten en stråldos som avsevärt översteg utvecklarnas specifikationer, och dess system misslyckades i olika situationer. Rymdfarkostens gyroskop visade ofta ökade fel, och ibland uppstod en elektrisk ljusbåge mellan dess roterande och icke-roterande delar, vilket fick den att gå in i säkert läge , vilket ledde till en fullständig förlust av data från den 16:e, 18:e och 33:e banor. Strålningen orsakade också fasförskjutningar i Galileos ultrastabila kristalloscillator [ 9 ] .
En förbiflygningsbana är en bana där rymdfarkosten flyger förbi planeten på något avstånd och upplever kraften i dess attraktion [10] :221 .
Den första rymdfarkosten som närmade sig Jupiter var Pioneer 10 . Han flög förbi planeten i december 1973. Efter 13 månader närmade sig Pioneer 11 också Jupiter . Pioneer 10 var den första rymdfarkosten som gav närbilder av Jupiter och de galileiska månarna . Med hjälp av apparaten studerades strukturen av Jupiters atmosfär , dess magnetosfär och strålningsbälte upptäcktes , och man upptäckte också att Jupiters tarmar huvudsakligen består av gas och vätska [11] [12] . Pioneer 11 lyckades flyga upp till Jupiter på ett avstånd av upp till 34 000 km från molnens toppar i december 1974. Detta gjorde det möjligt att få en detaljerad bild av den stora röda fläcken , göra den första observationen av Jupiters polarområde och bestämma massan av dess satellit Callisto . Informationen som erhållits av dessa två rymdfarkoster har gjort det möjligt för astronomer och ingenjörer att skapa mer avancerade sonder för att förbättra kvaliteten och kvantiteten på Jupiterdata [8] [13] .
Voyager 1 började fotografera Jupiter i januari 1979 och närmade sig planeten närmast den 5 mars 1979, till ett avstånd av 349 000 km från planetens centrum [14] . Ett nära tillvägagångssätt gjorde det möjligt att få bilder av bättre kvalitet, men tiden för planetens förbiflygning (två dagar) var kort. Trots detta lyckades forskarna få data om Jupiters ringar , dess satelliter , för att studera dess magnetfält och strålning. Enheten fortsatte att fotografera planeten fram till april. Voyager 1 följdes snart av Voyager 2 , som passerade på ett avstånd av 721 670 km från planetens centrum den 9 juli 1979 [15] [16] [17] . Apparaten upptäckte Jupiters ringar, upptäckte komplexa virvlar på planetens yta, observerade vulkanisk aktivitet på Io , upptäckte möjliga manifestationer av plattektonik på Ganymedes och många kratrar på Callisto- satelliten [18] .
Voyager-uppdragen gjorde det möjligt att avsevärt utöka informationen om de galileiska satelliterna , såväl som att upptäcka Jupiters ringar . Dessa var de första rymdfarkosterna som gav bra bilder av planetens atmosfär , särskilt genom att räkna ut att den stora röda fläcken är en komplex atmosfärisk virvel som rör sig moturs. Ett antal andra, mindre virvlar har hittats inuti molnbanden [15] . I omedelbar närhet av planetens ringar upptäcktes två små satelliter, kallade Adrastea och Metis . Dessa var de första månarna av Jupiter som upptäcktes av rymdfarkoster [19] [20] . Den tredje satelliten, Thebe , sågs mellan Amaltheas och Ios banor [21] .
Den oväntade upptäckten av vulkanisk aktivitet på månen Io var det första beviset på att det inte bara kan inträffa på jorden . Voyagers hittade totalt 9 vulkaner på Ios yta, såväl som bevis på utbrott som inträffade mellan uppdragsförbiflygningar [22] .
Voyager 1:s lågupplösta fotografier av Europa -satelliten avslöjade ett stort antal korsande linjära drag. Först trodde forskare att dessa funktioner är djupa fel, vars bildande uppstår på grund av sprickning eller rörelse av tektoniska plattor. Men högupplösta bilder av Europas yta, tagna av Voyager 2 från ett kortare avstånd, förbryllade forskarna med det faktum att dessa egenskaper praktiskt taget inte manifesteras i den topografiska reliefen. Helheten av bevis har fått forskare att spekulera i att dessa sprickor kan likna korsningar mellan isfält i flytande havsis på jorden och att vatten gömmer sig under isen på Europa [23] . Inåt landet kan Europa vara aktivt på grund av tidvattenuppvärmning vid en nivå av 1 ⁄ 10 av Ios tidvattenuppvärmning, och som ett resultat kan satelliten täckas med is som inte är mer än 30 km tjock, vilket döljer ett subglacialt hav 50 km djup [24] .
Den 8 februari 1992 flög sonden "Ulysses" , designad för att studera solens poler, över Jupiters nordpol på ett avstånd av 451 000 km från planetens centrum [25] .
För att resa sig över ekliptikans plan behövde rymdfarkosten uppnå en hög orbitallutning genom en gravitationsmanöver för att öka vinkeln i förhållande till ekliptikan till 80,2° [26] . Jupiters enorma gravitationskraft drev Ulysses in i den omloppsbana som behövdes för att observera solens poler och utforska områden i solsystemet långt från ekliptikan. Samtidigt förändrades banans form lite: dess aphelion och perihelion förblev lika med cirka 5 AU. e. (radien för Jupiters bana) och 1 a. e. (radien för jordens bana), respektive. Ulysses gjorde också mätningar av planetens magnetfält [26] , men överförde inte dess bilder, eftersom enheten inte är utrustad med kameror. I februari 2004 flög Ulysses återigen relativt nära Jupiter, men på ett mycket större avstånd (120 miljoner km, eller 0,8 AU) än under den första förbiflygningen. Under denna förbiflygning upptäckte sonden smala strömmar av elektroner som sänds ut av Jupiter [26] [27] [28] .
År 2000 flög rymdfarkosten Cassini förbi Jupiter på väg till Saturnus och tog några av de bästa bilderna som någonsin tagits av Jupiter. Den närmaste inställningen till planeten nåddes den 30 december 2000. Under den många månader långa förbiflygningen gjordes många mätningar, i synnerhet togs cirka 26 000 bilder, på basis av vilka det mest detaljerade färgporträttet av Jupiter var rekonstruerade, på vilka föremål 60 km tvärs över [29] .
Den viktigaste upptäckten som gjordes under planetens förbiflygning och tillkännagavs den 6 mars 2003, är cirkulationen av Jupiters atmosfär . Mörka bälten alternerar med ljusa zoner i atmosfären, och zonerna, med sina ljusare moln, ansågs tidigare av forskare vara zoner i den stigande atmosfären ( uppströmning ), delvis på grund av att moln bildas på jorden på grund av uppåtgående luftströmmar. Analys av bilder tagna av Cassini-sonden visade dock att de mörka bälten innehåller individuella virvelceller av stigande ljusa vita moln som är för små för att kunna ses från jorden. Anthony Del Genio från Institute for Space StudiesNASA hävdade att "bälten måste vara områden med allmän upplyftning i rörelsen av Jupiters atmosfär, [så] den totala rörelsen i zonerna måste vara inåt" [30] (se även Downwelling ).
Andra atmosfäriska observationer har inkluderat en oval-formad virvelmörk fläck av atmosfäriskt dis på hög höjd som ligger nära Jupiters nordpol och liknande storleken på den stora röda fläcken . Infraröda bilder har avslöjat cirkulationsegenskaper nära polerna, inklusive cirkumpolära vindar och angränsande band som rör sig i motsatta riktningar. Dessutom gjorde infraröda observationer det möjligt att få data om naturen hos planetens ringar. Spridning av ljus av partiklar i ringarna visade att partiklarna har en oregelbunden form (annan än sfärisk) och möjligen bildades de som ett resultat av utsläpp från nedslag av mikrometeoriter på planetens satelliter (troligen Metis och Adrastea ). Den 19 december 2000 tog Cassini ett lågupplöst fotografi av Himalia- månen ; eftersom apparaten var för långt bort syns inte ytreliefen på bilden [29] .
Rymdskeppet " New Horizons " (eng. engelska New Horizons ), på väg till dvärgplaneten Pluto , genomförde en gravitationsmanöver nära Jupiter. Det blev den första rymdfarkosten sedan Ulysses (1990) som riktades direkt till Jupiter, utan tidigare manövrar inom andra planeters område [31] . New Horizons-instrumentet tog de första fotografierna av Jupiter den 4 september 2006 [32] . Sonden fortsatte sin studie av Jupitersystemet i december 2006 och närmade sig så nära som möjligt den 28 februari 2007 [33] [34] [35] .
Nära Jupiter utförde rymdfarkosten en förfining av banorna för planetens inre satelliter, särskilt Amalthea . Sondens kameror fångade vulkanaktivitet på Io , utförde detaljerade undersökningar av alla fyra galileiska satelliterna och fotograferade andra satelliter ( Himalia och Elara ) på långt avstånd [36] . Sonden gjorde det också möjligt att studera den lilla röda fläcken , magnetosfären och planetens ringsystem [37] .
Fram till 2016 var den enda rymdfarkosten som kretsade runt Jupiter Galileo , som gick i omloppsbana runt Jupiter den 7 december 1995. Den kretsade runt planeten i mer än sju år och gjorde 35 varv, varefter den förstördes av ett kontrollerat fall på Jupiter den 21 september 2003 [38] . Under denna tid samlade han en stor mängd information om Jupitersystemet, även om informationsflödet inte var så stort som förväntat, på grund av ett haveri i utplaceringen av en snävt fokuserad antenn [39] . De viktigaste händelserna under de åtta åren av forskning inkluderade flera förbiflygningar av alla galileiska satelliter , såväl som av satelliten Amalthea (Galileo var den första sonden som utförde en sådan förbiflygning) [40] . Han observerade också inverkan av kometen Shoemaker-Levy 9 på Jupiter under dess närmande till Jupiter 1994 och skickade en atmosfärisk sond in i Jupiters atmosfär i december 1995 [41] .
Den 16-22 juli 1994 observerade kamerorna på rymdfarkosten Galileo fragment av kometen Shoemaker-Levy 9 under deras fall på Jupiters södra halvklot med en hastighet av cirka 60 km/s. Detta var den första direkta observationen av en utomjordisk kollision av objekt i solsystemet [42] .
Kometfragmentens fall inträffade på Jupiters sida, gömt från jorden. Galileo, som vid det tillfället befann sig på ett avstånd av 1,6 AU. från planeten, registrerade ett eldklot från kollisionen, som nådde en topptemperatur på cirka 24 000 K (jämför med temperaturer som är typiska för Jupiters övre molnlager på cirka 130 K, eller -140 ° C). Den stigande plymen från eldklotet steg till en höjd av över 3 000 km [43] .
Atmosfärssonden separerades från Galileo i juli 1995 och kom in i planetens atmosfär den 7 december 1995 med en hastighet av 47,8 km/s . Under retardationen i Jupiters atmosfär nådde g-krafterna 228 g. Sonden fällde sedan resterna av sin värmesköld och satte ut en fallskärm, som sänkte sig genom 156 km av atmosfären i 57,6 minuter , samlade in och överförde data, innan den skadades av tryck (22 gånger det normala atmosfärstrycket på jorden) och temperatur ( 153 °C) [44] . Efter det, efter att ha nått de djupare och upphettade lagren av atmosfären, kunde den smälta eller förmodligen avdunsta. Galileo-banan upplevde en snabbare version av samma öde när den skickades till planeten den 21 september 2003 med hastigheter över 50 km/s för att eliminera risken att falla på Jupiters måne Europa och orsaka biologisk förorening [45] .
De viktigaste vetenskapliga resultaten av Galileo-uppdraget inkluderar [46] [47] [48] [49] [50] :
Rymdfarkosten Juno (NASA) lanserades den 5 augusti 2011. Efter att ha nått Jupiter bytte den interplanetära stationen till en polär omloppsbana för att studera planetens struktur, dess gravitationsfält och magnetosfär (i synnerhet nära polerna) . Rymdfarkosten syftar till att svara på frågor om hur Jupiter bildades, inklusive om planeten har en stenig kärna, hur mycket vatten som finns i atmosfären och hur massan är fördelad inom planeten. Det är också planerat att studera planetens inre atmosfäriska flöden [51] , som kan nå hastigheter på 600 km/h [52] [53] .
I slutet av 1980-talet - början av 1990-talet. projektet av den sovjetiska AMS " Tsiolkovsky " utvecklades för studiet av solen och Jupiter, planerat att lanseras på 1990-talet, men inte implementerat på grund av Sovjetunionens kollaps .
På grund av förekomsten av möjliga underjordiska flytande hav på planetens satelliter - Europa , Ganymedes och Callisto - finns det ett stort intresse för att studera just detta fenomen. Ekonomiska problem och tekniska svårigheter ledde till att Europa Orbiter- projektet ställdes in med landning av kryobotar (för att arbeta på isytan) och hydrobotar (för att sjösätta i havet under ytan) på Europa [54] ; projektet planerades av NASA men avbröts så småningom 2002. [55] År 2005 avbröts planerna på att skjuta upp ytterligare ett NASA-rymdskepp, Jupiter Icy Moons Orbiter [56] . Det europeiska projektet Jovian Europa Orbiter har ersatts av Europa Jupiter System Mission som beskrivs nedan [57] .
Europa Jupiter System Mission är ett gemensamt NASA / ESA- projekt för att studera Jupiter och dess månar. I februari 2009 tillkännagavs att Europa Jupiter System Mission gavs prioritet framför Titan Saturn System Mission [58] [59] . Tillkännagivandet sade att det ungefärliga planerade lanseringsdatumet är 2020-talet. Uppdraget kommer att bestå av en NASA-opererad Jupiter Europa Orbiter för att utforska jätteplaneten och dess satelliter Europa och Io och en ESA-opererad Jupiter Ganymede Orbiter för att utforska dess satelliter Ganymede och Callisto [60] [ 61] [62] . ESA:s finansiering för projektet kommer att fortsätta att konkurrera med resten av dess projekt [63] . 2010 förklarades Titan Saturn System Mission vara en prioritet, men EJSM-uppdraget avbröts inte. Dessutom kan Japan delta i EJSM-uppdraget med Jupiter Magnetospheric Orbiter (JMO) för att studera Jupiters magnetosfär. Som en del av EJSM-uppdraget planerar Ryssland , med deltagande av ESA, en annan Laplace-apparat - Europe P att landa på Europa.
I maj 2012 tillkännagavs att ESA skulle genomföra ett omfattande europeiskt-ryskt Jupiter Icy Moons Explorer -uppdrag (JUICE) för att studera Jupiter och dess satelliter med ett föreslaget hav under ytan (Ganymede, Callisto, Europa) med en uppskjutning 2022 och ankomst till systemet Jupiter 2030, under vilken den ryska rymdfarkosten kommer att landa på Ganymedes [64] [65] .
Även om det är omöjligt att landa på Jupiter, kan framtida bemannade uppdrag landa på de galileiska månarna. Ett speciellt mål är månen Europa , på grund av den potentiella existensen av liv på den, och satelliten Callisto , på grund av dess relativt låga nivå av joniserande strålning [66] [67] . År 2003 föreslog NASA ett program kallat " HOPE " ("Human Outer Planets Exploration", "Bemannad Exploration of the Outer Planets"), som involverar bemannade uppdrag till Jupiters galileiska månar [68] . NASA förutspår möjliga försök av detta slag runt 2040-talet [69] .
Vision for Space Exploration -policyn som tillkännagavs i januari 2004 diskuterade NASA bemannade uppdrag bortom Mars och noterade att "närvaron av mänskliga upptäcktsresande" kan vara önskvärd på Jupiters månar [70] . Innan JIMO-uppdraget avbröts - administratören O'Keefe att "bemannad utforskning kommer att följa i framtiden" [71] .
NASA har föreslagit möjligheten att utvinna ämnen från de yttre planeternas atmosfär, inklusive det föreslagna helium-3 kärnbränslet . Fabriker placerade i omloppsbana kan producera gas, som sedan levereras av ett kretsande transportfartyg [72] .
Satellit | Doshastighet , rem /dag |
---|---|
Och om | 3600 [73] |
Europa | 540 [73] |
Ganymedes | 8 [73] |
Callisto | 0,01 [73] |
Jorden | 0,07 |
Jupitersystemet skapar dock speciella olägenheter för kolonisering på grund av den svåra strålningssituationen . För personer utanför skölden kommer dosbelastningen att vara cirka 3600 rem per dag på ytan av Io och cirka 540 rem per dag på ytan av Europa [73] . Att få en dos på cirka 0,75 sievert ( 75 rem ) på en gång eller under en kort tid är tillräckligt för att orsaka akut strålsjuka och cirka 5 Sv ( 500 rem ) är dödlig [73] [74] .
Ganymedes är planetens största måne i solsystemet. Ganymedes är den enda månen med en magnetosfär , men den överskuggas av Jupiters magnetfält . På Ganymedes yta är den ekvivalenta doshastigheten ungefär 0,08 Sv ( 8 rem ) per dag [73] . På Callisto , som ligger längre bort från Jupiters kraftfulla strålningsbälte, är doshastigheten endast 0,1 mSv ( 0,01 rem ) per dag [73] . Ett av huvudmålen för HOPE är studiet av Callisto. Möjligheten att bygga en bas på Callistos yta diskuterades på grund av den låga strålningsnivån på avståndet mellan denna satellit och Jupiter och dess geologiska stabilitet. Callisto är den enda av Jupiters galileiska månar som kan besökas av människor. Nivåerna av joniserande strålning på Io, Europa och Ganymedes är ogynnsamma för människors liv, och lämpliga skyddsåtgärder för detta ändamål har inte utvecklats [75] .
Det är tänkt att bygga en bas på ytan, som kan producera bränsle för vidare utforskning av solsystemet. 1997 utvecklades Artemis- - en plan för koloniseringen av Europa- satelliten [67] . Enligt denna plan kommer upptäcktsresande att behöva borra genom isen på Europas yta, gå in i det föreslagna underjordiska havet, där de ska leva i en konstgjord luftficka[76] .
![]() |
---|
Jupiter | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Egenskaper | |||||||
satelliter |
| ||||||
Forskning | |||||||
Övrig | |||||||
se även Kategori:Jupiter solsystem |
Rymdutforskning av solsystemet | |
---|---|
Utforskning av andra planeter | |
Listor |
|
Objekt på andra planeter |
|
Jupiterutforskning med rymdskepp | |
---|---|
Från en flygande bana | |
Från omloppsbana | |
Landningssonder | |
Framtida uppdrag | |
Inställda uppdrag | |
se även |