Много ли воды на Юпитере?

В 1995 году автоматическая межпланетная станция Galileo первой из земных аппаратов вошла в юпитерианскую атмосферу. Прожила она там недолго, но всё же успела принести… странные результаты: Galileo обнаружил в здешней атмосфере очень мало воды. 

Чтобы не пришлось в итоге отказываться от существующей модели формирования Солнечной системы, в прошлом году НАСА запустило к газовому гиганту аппарат Juno.

Нынче Juno находится в 540 млн километров от Земли (или, если вам так роднее, почти в 30 световых минутах). Однако в 2013 году ему придётся вернуться в окрестности Земли, чтобы совершить гравитационный маневр и разогнаться до более высоких скоростей.

Juno станет вторым аппаратом в истории, который займётся изучением атмосферы Юпитера на месте. Но найдёт ли он там воду? (Иллюстрация NASA.)

Наконец, в 2016 году аппарат совершит нырок в атмосферу самой большой планеты нашей Солнечной, чтобы сгореть там, но предварительно найти следы значительного содержания воды. Почему это так важно? Как недавно выяснилось, не только Земля, но даже Марс и скалистые планеты вообще весьма богаты водой. Однако теория образования планет подразумевает, что в составе газовых гигантов воды должно быть значительно больше: под действием солнечного излучения она должна была изгоняться из протопланетного облака тем сильнее, чем ближе находилась к светилу. Считается, что Юпитер первоначально сформировался даже дальше от Солнца, чем располагается сейчас, — а значит, воды в нём должно быть очень много и следы её в атмосфере попросту неизбежны.

То, что данные Galileo этого не подтверждают, — безусловная загадка.

«Мы посылаем Juno туда, чтобы попытаться понять и объяснить происхождение и эволюцию Юпитера... выяснить, сколько же воды там имеется, на что это похоже изнутри, на что похожа атмосфера», — подчеркнул Фрэн Багенэл из Колорадского университета на последней встрече Американского астрономического общества в Анкоридже (США).

Учёный предположил, что Galileo, проработавший в атмосфере Юпитера примерно час и опустившийся при этом на глубину 130 км, не нашёл ожидавшегося слоя из облаков водяного пара как раз потому, что перестал функционировать при давлении в 23 атм и температуре всего в 150 ˚С, находясь между белой полосой и коричневым пятном (и то и другое явления широко представлены в атмосфере Юпитера). Считается, что это граница между восходящими (белые полосы) и нисходящими (коричневые пятна) потоками, где концентрация воды может быть не выше, чем на Земле в районе Эр-Рияда во время песчаной бури.

Надо сказать, что современное понимание атмосферы Юпитера вообще довольно относительно; ошибки возможны даже в оценке реальной фактуры атмосферных полос и пятен. В конце концов, все неясности, касающиеся атмосферы газового гиганта, — из-за отсутствия непосредственных исследований. Например, в отличие от Земли, на Юпитере нет мезосферы и соответствующей ей мезопаузы, причины чего неясны. Опять же наблюдаемая температура термосферы — 800–1 000 К (до 730 ˚С!), и на сегодня этот фактический материал не получил никакого объяснения в рамках современных моделей, утверждающих, что температура никак не может превысить 400 К, поскольку энергии для большего просто неоткуда взяться.

Изменение параметров атмосферы Юпитера с высотой отличается от земного: давление, например, с уменьшением высоты падает. (Иллюстрация Seiff et.al.)

Согласно Galileo, верхний уровень непрозрачных облаков (стратосфера), пробитый аппаратом вначале, характеризовался давлением в 1 атм и температурой −107 ˚C, а на глубине 146 км были уже 22–23 атм и +153 ˚C. Более того, вдоль экватора обнаружились значительно более тёплые пятна, природа которых не вполне понятна.

Напомним, что ещё Карл Саган высказал предположение о наличии в атмосфере Юпитера химической эволюции и даже жизни. Если вода будет всё же обнаружена в слоях с метаном, аммиаком и даже некоторым количеством углеводородов вроде этана, ацетилена и диацетилена, то исключать существование жизни будет и впрямь сложно. В связи с этим многочисленные красные вариации цвета Юпитера (по Сагану) могут объясняться наличием соединений фосфора, серы, углерода и, возможно, органики, возникающей благодаря сверхмощным (тысячекратно сильнее земных) молниям в атмосфере. Если же Juno не найдёт воду, то вероятность такого рода явления, как жизнь на Юпитере, бесспорно, следует оценивать значительно ниже.

К счастью, новый зонд подготовлен лучше предыдущего. Специально для поиска воды есть микроволновый радиометр, который предназначен для обнаружения микроволнового излучения, испускаемого водой при нагреве. То есть КА просто обязан обнаружить воду даже в нижних, более горячих слоях атмосферы — если, конечно, она там есть. Среди прочего данные о воде в атмосфере Юпитера дадут нам косвенные сведения о количестве кислорода, который может находиться в ней…

www