|
Сравнение двух миссий на спутник Юпитера Ио
|
|
|
|
Благодаря миссии НАСА "Юнона" в системе Юпитера мы получили возможность лучше всего рассмотреть вулканический спутник газового гиганта Ио. Несмотря на то, что "Юнона" предоставляет нам лучшие виды на Луну, это также углубляет наши существующие вопросы. Только специальная миссия на Ио может ответить на эти вопросы, и есть две предлагаемые миссии.
|
|
|
|
Ио хорошо известен как самый геологически активный мир в Солнечной системе, но это даже близко не так. На нем насчитывается более 400 действующих вулканов. Ио - ближайший спутник Юпитера, и мощная гравитация планеты в значительной степени ответственна за наличие вулканов на Ио.
|
|
|
|
Когда планета притягивается к Ио, трение создает приливный нагрев в недрах Луны. Это создает магму и приводит к извержениям вулканов. Соединения серы, образующиеся при извержениях, окрашивают поверхность Луны в оттенки красного, желтого, белого, черного и зеленого.
|
|
|
|
Никогда не было специальных миссий к Ио, только миссии, которые делали снимки, когда пролетали мимо, включая "Галилео", "Вояджер-1", "Кассини", "Новые горизонты" и "Юнону", текущую миссию НАСА к Юпитеру. Но Ио интригует и уникален, и он может многому нас научить.
|
|
|
|
Планетологи хотят узнать больше о геологических процессах на Луне. Ио считается планетой с высоким тепловым потоком, и ученые хотят узнать больше о его приливном рассеянии. Изучение Ио также может рассказать нам больше о примитивных планетных телах, которые когда-то были вулканическими, какими, вероятно, была Земля в начале своей истории.
|
|
|
Ио также может рассказать нам больше о вулканогенных атмосферах, которые могут играть жизненно важную роль в формировании окружающей среды планеты. В этой статье, опубликованной в 2020 году, прослеживается связь между вулканической активностью Земли и Значительным насыщением атмосферы кислородом - критическим периодом, когда в атмосфере Земли накапливается кислород. Лучшее понимание связи между вулканической активностью и эволюцией атмосферы поможет нам лучше понять экзопланеты и их обитаемость.
|
|
|
|
Ученым известно, что галилеевы спутники обмениваются веществом с атмосферой и магнитосферой Юпитера. Они также знают, что вещество, выброшенное вулканами Ио, может достигать поверхности других спутников. Часть этого вещества может быть превращена в плазму мощной магнитосферой Юпитера, образуя плазменный тор Ио. Им интересно узнать об этом массообмене в системе Юпитера и о том, как он повлиял на форму спутников.
|
|
|
|
Вот причины для специальной миссии на Ио.
|
|
|
|
В 2010 году ученые из Университета Аризоны и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса впервые предложили Io Volcano Observer (IVO) в рамках программы НАСА Discovery. IVO был предложен в качестве недорогой миссии по исследованию вулканического спутника Юпитера. Это было предложено повторно в 2015 и в 2019 годах. В 2020 году IVO была выбрана вместе с двумя другими миссиями для дальнейшего изучения, но в конечном итоге уступила место миссиям DAVINCI+ и VERITAS к Венере.
|
|
|
|
Теперь есть еще одно предложение по наблюдению за вулканами на Ио, но на этот раз в рамках программы НАСА "Новые рубежи". Новое предложение показывает, что стремление к миссии, ориентированной на Ио, никуда не денется. Напротив, оно набирает обороты.
|
|
|
|
В новой статье, которая все еще находится на стадии рецензирования, группа, состоящая в основном из американских ученых, излагает свои аргументы в пользу IVO "Новые рубежи". Она называется "Сравнение концепций миссий НАСА класса Discovery и New Frontiers для наблюдения за вулканами Ио (IVO)" и доступна на сервере препринтов arXiv. Первым автором является Кристофер Гамильтон из Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны.
|
|
|
|
По мнению авторов, IVO NF поможет решить наши научные вопросы, достигнув трех целей:
|
|
|
|
- Определить, как и где генерируется приливное тепло внутри Io;
|
|
- Понять, как приливное тепло переносится на поверхность Ио;
|
|
- Понять, как происходит эволюция Ио.
|
|
|
|
По первоначальному предложению IVO космический аппарат должен был столкнуться с Ио 10 раз за четыре года после достижения Луны в 2033 году. На нем должно было быть пять приборов, шестой рассматривался. Аппарат IVO пересек бы Ио от полюса до полюса, пролетев над экватором на высоте от 200 до 500 километров (от 124 до 310 миль).
|
|
|
|
Самые близкие подходы были тщательно разработаны, чтобы дать космическому аппарату наилучшие данные о магнитном поле Луны, гравитационном поле и амплитуде либрации. Эти подходы также позволили бы получить как освещенные солнцем, так и затемненные виды вулканов, что позволило бы космическому аппарату изучить состав лавы. Полярная перспектива позволила бы по-новому взглянуть на тепло, исходящее от Луны, которое было недоступно Галилею и не наблюдалось с Земли.
|
|
|
|
Новое предложение IVO NF сохраняет полярную орбиту оригинального IVO, но улучшает ее несколькими способами. Universe Today побеседовала с ведущим автором Кристофером Гамильтоном о новом предложении. Его замечания были слегка отредактированы для большей ясности.
|
|
|
|
Первое изменение в новом предложении касается количества полетов, которое увеличится с 10 до 20.
|
|
|
|
"10 полетов для первоначальной миссии IVO уровня Discovery позволили бы заполнить важные пробелы в получении изображений, которые остались незаполненными после эры "Вояджера" и "Галилео", - сказал Гамильтон. Так зачем удваивать это количество?
|
|
|
|
"Новый тур не только удваивает охват поверхности Ио с помощью изображений высокого разрешения, но и позволяет совершать больше облетов действующих вулканов, таких как Локи, Локи-Патера и Пиллиан-Патера", - сказал Гамильтон. "Это очень динамичные вулканические системы, которые включают активные лавовые озера и взрывные извержения — одного прохода над вулканическими системами просто недостаточно, чтобы ограничить их изменчивость во времени и динамику извержений".
|
|
|
|
Как и луна Земли, Ио приливно-отливно примыкает к Юпитеру, и одна сторона его более доступна для изучения, чем сторона, обращенная к Юпитеру. Но влияние Юпитера на Ио намного сильнее, чем влияние Земли на Луну. "Однако приливные взаимодействия между Юпитером и Ио намного сильнее, вызывая приливы в твердых породах с амплитудой около 100 м (328 футов), что выше, чем статуя Свободы!" - сказал Гамильтон.
|
|
|
|
Эти приливные взаимодействия являются причиной мощного вулканизма на Ио. "Однако исследования, проведенные за последнее десятилетие, показали, что это тепло также расплавило слой внутри Ио, образовав подповерхностный "океан магмы", - сказал Гамильтон.
|
|
|
|
Первоначальные 10 орбит IVO с его магнитометрическим прибором подтвердили бы или исключили эту гипотезу. В новом проекте будет представлена улучшенная версия этого прибора, и с большим количеством орбит он сможет ответить на вопросы о магматическом океане Ио.
|
|
|
|
"IVO-NF также будет оснащен магнитометром fluxgate, и повторные проходы, тщательно рассчитанные для измерения индуцированного магнитного поля Ио в разное время на его орбите, значительно уменьшат неопределенность в оценке потенциальной глубины магматического океана", - сказал Гамильтон.
|
|
|
|
Текущая погрешность составляет ±10 км, но IVO NF снизит ее до ±3 км. Это "произвело бы революцию в нашем понимании внутренней части Ио и связей между приливным нагревом и вулканизмом", - сказал Гамильтон в интервью Universe Today.
|
|
|
|
"И IVO, и IVO-NF - отличные миссии, но удвоение количества полетов более чем удваивает научную отдачу от миссии на Ио!" Сказал Гамильтон.
|
|
|
|
IVO-NF также приблизится к Ио гораздо ближе, чем оригинальный IVO. Первоначальная миссия предусматривала полет на высоте 200 и 500 километров (124 и 310 миль) над поверхностью Ио. Миссия IVO-NF должна была начаться с полетов на большой высоте, но по мере продвижения миссии и достижения целей она становилась все ближе.
|
|
|
|
"Совершив 20 полетов, IVO-NF может проявить больше смелости, подлететь ближе к поверхности Ио и даже пролететь над его вулканическими шлейфами, чтобы определить химический состав продуктов извержения с беспрецедентной детализацией", - сказал Гамильтон в интервью Universe Today.
|
|
|
|
Первоначальные полеты будут проходить на высоте около 200 км, "но по мере продвижения миссии и достижения базовых целей мы сможем снизить высоту последующих полетов над активными вулканами, такими как Пеле Патера", - сказал Гамильтон.
|
|
|
|
"Тем не менее, мы сначала сфотографируем и проанализируем эти вулканы, используя повторный охват, чтобы еще больше повысить безопасность сближения, и примем меры предосторожности, такие как переориентация солнечных панелей космического аппарата таким образом, чтобы они пролетали через шлейф сбоку, а не обнажали всю площадь поперечного сечения", - сказал Гамильтон. Вселенная сегодня.
|
|
|
|
"Пролет шлейфов на Ио также откроет двери для других возможностей отбора проб шлейфов на активном спутнике Сатурна, Энцеладе".
|
|
|
|
"Это может показаться опасным, но даже на высоте 50 км частиц будет очень мало", - сказал Гамильтон. Но прежде чем космический аппарат подлетит так близко, он воспользуется своим анализатором пыли на поверхности, чтобы понять опасность.
|
|
|
|
Этот прибор был добавлен в IVO-NF в качестве приоритетного. Он будет измерять состав пыли на поверхности и нанозерен в вулканических шлейфах. В целом, это позволит ученым лучше понять пылевую среду Ио и даст им информацию о том, безопасно ли приближаться к нему на расстояние менее 50 км.
|
|
|
|
По словам Гамильтона, мы переживаем возрождение в изучении системы Юпитера.
|
|
|
|
"Это важный момент в исследовании планет, и исследование системы Юпитера переживает возрождение, поскольку Juno, Europa Clipper и JUICE одновременно исследуют Юпитер, Европу и Ганимед", - сказал Гамильтон в интервью Universe Today.
|
|
|
|
Ио является важнейшей частью лунной системы Юпитера. Он лежит в основе орбитального резонанса между Ио, Европой и Ганимедом, и этот резонанс стимулирует геологическую активность на всех трех спутниках, включая вулканизм, тектоническую активность и формирование поверхностных образований.
|
|
|
|
"Juno заполнил некоторые важные пробелы, оставшиеся после завершения миссии Galileo (1995-2003), но IVO и IVO-NF будут первыми, у кого будет набор инструментов, оптимизированный специально для Io", - сказал Гамильтон.
|
|
|
|
Для интеллектуально одаренных людей все в природе достойно изучения и более глубокого понимания. Такой необычный мир, как Ио, безусловно, не является исключением, поскольку он может рассказать нам о себе, своих спутниках-братьях и даже о ранних Земле и Луне.
|
|
|
|
"В нашей статье доказывается, что Ио является приоритетной целью для исследования, которая должна быть рассмотрена в следующем объявлении о возможностях New Frontier", - сказал Гамильтон в интервью Universe Today. Он признает, что первоначальная миссия IVO на уровне Discovery возможна, но миссия IVO New Frontiers позволит достичь гораздо большего и более тщательно ответит на наши нерешенные вопросы об Io.
|
|
|
|
"Более масштабная миссия к Ио с использованием новых технологий более чем удвоила бы научную отдачу от этой миссии и предложила бы наилучший подход к пониманию не только Ио, но и системы Юпитера в целом, а также происхождения миров с высоким тепловым потоком, таких как ранняя Земля, ранняя Луна и другие планеты земной группы в Солнечной системе и за ее пределами", - заключил Гамильтон.
|
|
|
|
Источник
|
