Эта художественная концепция изображает космический аппарат Juno, который прибыл к Юпитеру в 2016 году после пятилетнего путешествия с целью изучения гигантской планеты. Кредит: NASA Jet Propulsion Laboratory, JPL
Ученые миссии NASA Juno разработали первую полную трехмерную карту излучения системы Юпитера, в том числе охарактеризовали интенсивность высокоэнергетических частиц вблизи орбиты ледяного спутника Европы, а также то, как радиационная среда формируется меньшими лунами Юпитера, вращающимися вблизи колец Юпитера.
Работа основана на данных, собранных звездной камерой Juno Advanced Stellar Compass (ASC), разработанной и созданной Техническим университетом Дании, и Stellar Reference Unit (SRU), созданной Leonardo, SpA во Флоренции, Италия. Два набора данных дополняют друг друга, помогая ученым Juno характеризовать радиационную среду при различных энергиях.
И ASC, и SRU — это камеры для слабого освещения, разработанные для помощи в решении задач навигации в глубоком космосе. Эти типы приборов есть практически на всех межпланетных и околоземных космических аппаратах. Чтобы заставить их работать как детекторы радиации, научной группе Juno пришлось взглянуть на камеры в совершенно новом свете.
«На Juno мы пытаемся изобрести новые способы использования наших датчиков для изучения природы и используем многие из наших научных приборов не по назначению», — сказал Скотт Болтон, главный исследователь Juno из Юго-Западного научно-исследовательского института в Сан-Антонио.
«Это первая подробная карта радиации региона при таких высоких энергиях, что является важным шагом в понимании того, как работает радиационная среда Юпитера. То, что нам удалось создать первую подробную карту региона, является большим достижением, поскольку у нас нет инструмента, предназначенного для поиска радиации. Карта поможет в планировании наблюдений для следующего поколения миссий к системе Юпитера», — говорит Болтон.
Подсчет светлячков
Изображения звезд, полученные с помощью звездной камеры ASC Juno, позволяют определить ориентацию космического аппарата в пространстве, что жизненно важно для успеха эксперимента MAG космического аппарата. Но четыре звездные камеры, расположенные на штанге магнитометра Juno, также оказались ценными детекторами потоков высокоэнергетических частиц в магнитосфере Юпитера. Они регистрируют «жесткое излучение» — ионизирующее излучение с высокой проникающей способностью, которое воздействует на космический аппарат с достаточной энергией, чтобы пройти через защиту звездной камеры ASC.
«Каждую четверть секунды ASC делает снимок звезд», — сказал ученый Juno Джон Лейф Йоргенсен, профессор Технического университета Дании.
«Очень энергичные электроны, проникающие сквозь его защиту, оставляют на наших изображениях характерный след, похожий на след светлячка. Прибор запрограммирован на подсчет количества этих светлячков, что дает нам точный расчет количества радиации», — говорит Йоргенсен.
Из-за постоянно меняющейся орбиты «Юноны» космический аппарат пересек практически все области космоса вблизи Юпитера.
Данные ASC от звездной камеры показывают, что вблизи орбиты спутника Европы больше очень высокоэнергетического излучения относительно низкоэнергетического, чем считалось ранее. Данные также подтверждают, что количество высокоэнергетических электронов, присутствующих на стороне Европы, обращенной к ее орбитальному направлению движения, больше, чем поток луны.
Это связано с тем, что большинство электронов в магнитосфере Юпитера обгоняют Европу сзади из-за вращения Юпитера и его магнитного поля, но электроны с очень высокой энергией дрейфуют назад, почти как рыбы, плывущие против течения, и врезаются в переднюю часть Европы.
Данные о радиации из системы Юпитера — не первый незапланированный научный вклад ASC в миссию. Еще до прибытия на Юпитер данные ASC использовались для измерения межпланетной пыли, воздействующей на Juno. И тепловизор даже обнаружил ранее не отмеченную на карте комету, используя ту же технику обнаружения пыли — различая небольшие части космического корабля, выброшенные микроскопической пылью, воздействующей на Juno на очень высокой скорости.
Результаты миссии Juno находятся на заключительном этапе рецензирования и будут опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Пылевые кольца
Как и ASC, SRU использовался в качестве детектора радиации и формирователя изображений при слабом освещении.
Данные с SRU и ASC Juno указывают на то, что, подобно Европе, небольшие «пастушьи луны», которые вращаются внутри или близко к краю колец Юпитера (и помогают удерживать их форму), также, по-видимому, взаимодействуют с радиационной средой Юпитера. Когда космический аппарат летит по линиям магнитного поля, связанным с кольцевыми лунами или плотной пылью, количество радиации как на ASC, так и на SRU резко падает. SRU также собирает редкие изображения колец при слабом освещении с уникальной точки обзора Juno.
«До сих пор много загадок в том, как образовались кольца Юпитера, и предыдущими космическими аппаратами было получено очень мало изображений», — сказала Хайди Беккер, ведущий соисследователь SRU и ученый из Лаборатории реактивного движения NASA, которая руководит миссией.
«Иногда нам везет, и в кадр попадает одна из малых лун-пастухов. Эти изображения позволяют нам точнее узнать, где в настоящее время находятся кольцевые луны, и увидеть распределение пыли относительно ее расстояния от Юпитера».
Информация от: Техническим университетом Дании
