Космические проекты по изучению спутников Юпитера

Спутники Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто

Одобренная миссия к Юпитеру родилась из нескольких проектов — европейские Laplace, названного в честь великого французского астронома и математика Пьера-Симона Лапласа, JUICE (The Jupiter Icy moons Explorer - Исследователь ледяных спутников Юпитера) и американского проекта для изучения Юпитера и его крупнейших лун, у которого никогда не было более поэтичного названия, чем EJSM.

Не удивительно, что и у ЕКА, и у NASA нашлись «европейские» проекты. Их история началась в 1995 году, когда к крупнейшей планете Солнечной системы прибыл космический аппарат Galileo. Основной его целью было изучение не только самого Юпитера, но и его спутников, в первую очередь — четырёх крупнейших, так называемых галилеевых (они названы не в честь аппарата, а в честь того же Галилео Галилея, в честь которого назван аппарат, и который открыл эти луны 400 лет назад).

Очень скоро среди галилеевых спутников появился всеобщий любимец — Европа. С помощью Galileo учёным удалось убедительно доказать то, на что астробиологии не без оснований надеялись долгие годы, — под мощной коркой яркого водяного льда, покрывающего спутник, должен находиться океан жидкой, богатой солями воды. Европа расположена очень близко к Юпитеру, менее чем в 10 его радиусах, отчего здесь очень сильны приливные эффекты. Учёные полагают, что именно приливы разогревают внутренности спутника. Вероятно, свою лепту вносит и его движение сквозь мощную магнитосферу планеты, которое должно возбуждать в солёном океане мощный электрический ток.

Сейчас предполагается, что в 2020 году в гости к Юпитеру отправятся два аппарата, американский и европейский — по отдельности, в феврале и марте, на разных ракетах-носителях и с разных космодромов.

Все даты пока, разумеется, условные — учёные осторожно говорят о возможности запуска с 2018 по 2022 год.

Исследовательские интересы и возможности двух зондов будут частично перекрываться, а вот всю инфраструктуру — в первую очередь радиосвязи с Землёй, они будут безраздельно делить друг с другом; каждому предстоит поработать ретранслятором для другого. Основной целью американского зонда JEO (Jupiter Europa Orbiter) станет исследование Европы (юпитерианской), а вот Европе (земной) предстоит создать космический аппарат JGO (Jupiter Ganymede Orbiter) для исследования Ганимеда — другого спутника Юпитера. Он покрупнее и тоже покрыт слоем льда; возможно, под этим льдом, как и на Европе, есть жидкая вода.

Траектории JEO и JGO будут очень похожими. Сначала оба аппарата отправятся к Венере, гравитационное поле которой они используют для первичного ускорения. Потом совершат по два гравитационных манёвра у Земли, которая выкинет их на финишную кривую к Юпитеру. Первым прибыть к планете-гиганту и в декабре 2025 года выйти на орбиту вокруг Европы высотой 200 км должен «американец» JEO. Через полтора месяца такой же манёвр в окрестностях Ганимеда предстоит провести «европейцу» JGO. На своих орбитах зонды должны проработать по три года. По истечении срока аппараты врежутся в поверхность двух галилеевых спутников, а астрономы посмотрят, что из этого получится.

Заявленная миссия космических аппаратов — выяснить пригодность спутников планет-гигантов для жизни.

Они будут оборудованы и радарами для проникновения под ледовую корку и изучения её структуры, и превосходными фотокамерами для подробного исследования деталей рельефа, и спектроскопическим оборудованием для исследования химического состава и условий на поверхностях спутников. Кроме того, зонды будут снабжены аппаратурой для исследования магнитного поля Юпитера и спутников и заряженных частиц, которые оно удерживает. Обеспечивать энергией эти летающие лаборатории будут радиоизотопные генераторы — от солнечных батарей на таком расстоянии от Солнца толку не много.

«Американцу» придётся тяжелее всего. Вместе с Европой, вокруг которой он будет крутиться, аппарат будет три года двигаться среди радиационных поясов Юпитера. Это значит бесконечные бомбардировки энергичными заряженными частицами, способными быстро повредить любую электронику. И хотя в JEO учёные надеются применить технологии устойчивой к радиации электроники, большую часть аппаратуры придётся спрятать за мощными экранами из тантала и вольфрама. Эти экраны, кстати, съедят до четверти всего $3-миллиардного на настоящий момент бюджета миссии и составят значительную часть массы; в более комфортных условиях их можно было бы заменить какой-нибудь полезной аппаратурой.

Помимо изучения Европы и Ганимеда JEO и JGO будут бросать взгляды и лучи радаров и на другие спутники Юпитера, а также и на саму планету. Возможно, при каком-нибудь особо тесном сближении двух спутников им удастся и обменяться портретами своих хозяйских тел; правда, разглядеть друг друга вряд ли получится — Ганимед и Европа не подходят друг к другу ближе, чем Луна к Земле.



Рисунок ЕКА

JUICE (The Jupiter Icy moons Explorer - Исследователь ледяных спутников Юпитера) - именно этому проекту отдала предпочтение ESA, хотя было еще два других проекта: NGO (the New Gravitational wave Observatory) - обсерватория для фиксирования гравитационных волн, и ATHENA (the Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) - улучшенный телескоп для астрофизики высоких энергий. JUICE является первой масштабной миссией общей космической программы ESA на 2015-2025 год.

Космический аппарат будет запущен в 2022 году с европейского космодрома в Куру, Французская Гвиана, с помощью ракетоносителя Ariane 5. The Jupiter Icy moons Explorer приблизится к Юпитеру в 2030 году и будет находится на его орбите не менее трех лет, делая детальные наблюдения.

Спутники Юпитера, открытые Галилеем, - спутник Ио с его вулканической поверхностью, покрытая льдом Европа и ледяные "булыжники" Ганимед и Каллисто - это как бы в своем роде миниатюрная копия солнечной системы.

Европа, Ганимед и Каллисто, как думают многие ученые, имеют внутренние океаны. JUICE изучит эти спутники в качестве потенциальных мест для возникновения жизни и должен при этом ответить на два ключевых вопроса космических исследований: каковы условия формирования планет и возникновения жизни, и как работает Солнечная система?

The Jupiter Icy moons Explorer будет постоянно наблюдать за атмосферой и магнитосферой Юпитера, а также изучит взаимодействия галилеевых спутников с газовой планетой-гигантом. Космический аппарат посетит Каллисто, спутник, на котором найдено больше всего кратеров в Солнечной системе, и дважды пролетит около Европы. JUICE сделает первые измерения толщины ледяной корки Европы и определит место для будущих исследований.

Космическая обсерватория навестит Ганимед в 2032 году, где он будет изучать ледяную поверхность и внутреннюю структуру этого спутника, в том числе подземные океаны. Ганимед является единственной спутником в Солнечной системе, который генерирует собственное магнитное поле, и JUICE будет наблюдать за ходом уникальных магнитных и плазменных взаимодействий с магнитосферой Юпитера.

"Юпитер является архетипом для планет-гигантов Солнечной системы, и для многих планет-гигантов, которые были обнаружены вокруг других звезд", рассказывает профессор Альваро Хименес Каньете, директор ESA по науке и робототехническим исследованиям. "The Jupiter Icy moons Explorer даст нам лучше понять, каков потенциал газовых гигантов и их спутников для существования жизни".

Данный анонс является кульминацией процесса, начатого в 2004 году, когда ESA консультировалось с широкой научной общественностью для того, чтобы поставить цели для европейской космической программы на ближайшие десятилетия. В результате космическая программа на 2015-2025 имеет четыре основных научных направления: 1.) каковы условия для возникновения жизни и формирования планет; 2.) как работает Солнечная система 3.) каковы основные законы Вселенной; 4.) как возникла Вселенная и из чего она сделана?

"Было очень трудно решить, какой именно проект выбрать из трех превосходных миссий-кандидатов. Все три относятся к науке мирового класса и могут выдвинуть Европу в лидеры космических исследований", поясняет профессор Хименес Каньете. " JUICE является необходимым шагом для дальнейшего исследования внешней части Солнечной системы".

Так как Консультативный комитет по космическим исследованиям (Space Science Advisory Committee) признал большую научную ценность двух других кандидатов - проектов NGO and ATHENA - то их разработка продолжится и они будут рассматриваться как первостепенные кандидаты на будущие запуски.



В Лаборатории реактивного движения работают над созданием зонда, который в будущем сможет производить исследования океана, предположительно находящегося подо льдами Европы – спутника далекого Юпитера.

В НАСА заявляют, что у них уже готов прототип, получивший название «Плавучий вездеход для подледных исследований». Недавно вездеход сей был опробован подо льдами озер на Аляске. Причем, управление аппаратом производилось не посредствам кабеля, как это делается обычно, а по спутниковой связи. Местом же действия были выбраны полностью замерзающие озера с экстремальными условиями для существования жизни. Так ученые стараются понять, насколько реально будет обнаружить жизнь в озерах Европы, где условия еще более суровые.

Тем временем, российские учёные начали обсуждать проект отправки совместной с земной Европой миссии к юпитерианской Европе ещё до окончательного решения, кто, куда и когда полетит. При этом разговоров о совместном исследовании Титана или Энцелада в системе Сатурна не было, так что выбор Юпитера в качестве цели следующей крупной космической миссии России более чем на руку: даже по космическим просторам веселее — и, что очень важно, дешевле — шагать вместе.

Россия может сделать Европе и США предложение, от которого трудно отказаться: посадочный модуль на Европу.

Только спускаемый аппарат сможет «лизнуть» и «понюхать» льды Европы и достоверно установить, присутствуют ли на этой поверхности следы органических молекул. Да и вообще, поглядеть вблизи на этот инопланетный «каток», испещрённый провалами и трещинами.

5 марта 2013 года стало известно, что в планы Роскосмоса входит отправка к Ганимеду двух исследовательских зондов — посадочного и орбитального, которые совершат один гравитационный манёвр у Венеры и два — у Земли, и в 2029 году доберутся до системы Юпитера, а еще через полтора-два года выйдут на орбиту вокруг Ганимеда. Запустить оба зонда планируется с помощью двух отдельных носителей класса «Протон» или «Ангара» вместе с разгонными блоками типа «Бриз». Посадочный аппарат массой около 800 килограммов совершит посадку на Ганимед, а орбитальный аппарат выйдет на орбиту вокруг этого спутника, и будет ретранслировать информацию с него на Землю. Масса научной аппаратуры на обоих зондах составит около 50 килограммов. Энергию они будут получать за счет радиоизотопных источников питания, для орбитального аппарата также рассматривается вариант с солнечными батареями.

Срок жизни аппаратов может составить несколько месяцев[4]. Фотографии поверхности Ганимеда, который передаст европейский зонд JUICE, будут использованы для выбора места посадки российского посадочного зонда.

По состоянию на март 2013 года выполнены научно-исследовательские работы по проекту и определены параметры миссии. Финансирование опытно-конструкторских работ начнется в 2014 году и составит от 10 до 30 млн рублей в первый год. К 2016 году может быть готов проект и начнётся изготовление макетов.

В настоящее время Европа, по мнению многих ученых, является едва ли не самым вероятным в Солнечной системе местом нахождения внеземной жизни.

Будущее Юпитера и его спутников

Известно, что Солнце в результате постепенного исчерпания своего термоядерного топлива увеличивает свою светимость примерно на 11 % каждые 1,1 млрд лет, и в результате этого его околозвёздная обитаемая зона сместится за пределы современной земной орбиты, пока не достигнет системы Юпитера. Увеличение яркости Солнца в этот период разогреет спутники Юпитера, позволив высвободиться на их поверхность жидкой воде, а значит, создаст условия для поддержания жизни. Через 7,59 миллиарда лет Солнце станет красным гигантом. Модель показывает, что расстояние между Солнцем и газовым гигантом сократится с 765 до 500 млн км. В таких условиях Юпитер перейдёт в новый класс планет, называемый «горячие юпитеры». Температура на его поверхности достигнет 1000 К, что вызовет тёмно-красное свечение планеты. Спутники станут непригодными для поддержания жизни и будут представлять собой иссушенные раскалённые пустыни.

Источник: WWW