PLANETA JUPITER



Predbezne vysledky pozorovani pouzdra sondy Galileo v atmosfere planety Jupiter (25.1.1996)


Nejobtiznejsi vstup telesa vyrobeneho clovekem do atmosfery telesa slunecni soustavy byl uspesne dokoncen. Po sedmilete ceste slunecni soustavou, obrovskem zrychleni na rychlost 170.700 km/hod gigantickym gravitacnim polem Jupitera, vstoupilo pouzdro sondy Galileo uspesne 7. 12. 1995 ve 22h 04m UT do atmosfery teto obri planety. Behem prvnich dvou minut tohoto mimoradne obtizneho vstupu se ochranny stit pouzdra ohral na dvojnasobnou teplotu, nez ktera je povrchu Slunce a pritom na nej pusobily sily rovnajici se 230 G (230 krat vetsi nez zemska gravitace). To zpusobilo, ze sonda zacala pomalu klesat atmosferou Jupitera. Od materske sondy Galileo se pouzdro oddelilo 13. cervence 1995 a oba k Jupiteru dorazily po nepatrne odlisnych trajektoriich. Galileo Orbiter se stal prvni kosmickou sondou, ktera zacala krouzit kolem Jupitera. Stalo se tak nekolik hodin pote, co pouzdro sestoupilo do atmosfery planety.


Radiovy signal od pouzdra byl vysilan nejmene 57.6 minut. Kdyz rychlost pouzdra dosahla 3000 km/hod, byly vystreleny padaky a odhozeny zhave ochranne stity. Zacalo prime mereni atmosfery a vysilani dat pres radiovou linku spojujici pouzdro s materskou sondou Galileo, nachazejici se 215.000 km nad nim. Sestupne sekvence byly uspesne vykonany, ale do dnesniho dne neni znam duvod proc vedecka mereni zacala o 53 sekund pozdeji. Tato prodleva znamena, ze prima mereni atmosfery zacala ve vetsi hloubce pod povrchem nez bylo puvodne planovano. Mereni zacalo na tlaku 0.35 bar (0.35 nasobek atmosferickeho tlaku na Zemi, na hladine more), tedy na urovni nebo pod odhadovanou horni vrstvou mraku. Puvodne se predpokladalo, ze mereni zacne na urovni 0.1 bar. Pouzdro v atmosfere data vysilalo k Orbiteru, ten je nahraval do pameti palubniho pocitace a na paskovy rekorder, aby mohly byt pozdeji odvysilany k Zemi. Datovy prenos mezi obema sondami trval 57.6 minut. Behem teto doby pouzdro kleslo do hloubky 600 km pod horni oblacnou pokryvku planety a nakonec pristroje byly zniceny extremnimi podminkami okolniho prostredi.



Vsechny vedecke pristroje pracovaly uspesne.


Vsechna data ziskana pouzdrem byla bezpecne ulozena v pocitacove pameti Orbiteru a uspesne prijata na Zemi (vysilani vetsiny kompletnich dat z paskoveho rekorderu zacalo v tydnu od 22. ledna 1996). Predbezna analyza dat ukazala, ze vsechny vedecke pristroje pracovaly dobre a poridily cenna mereni komplexni struktury Jupiterovy atmosfery a nejvnitrnejsich oblasti radiacnich pasu planety. Sest vedeckych pristroju merilo rychlost vetru a ziskavalo souhrnne informace o podminkach panujicich az 200 km pod viditelnou oblacnou pokryvkou planety. Na pouzdre nebyla umistena kamera.

Proc bylo pouzdro do Jupiterovy atmosfery vyslano?


Pred priletem sondy Galileo k planete bylo nejasnych mnoho zakladnich otazek kolem povahy samotne planety, protoze cely povrch je zahalem do oblacne pokryvky, kterou pozorujeme ze Zeme, nebo ji vyfotografovaly kosmicke sondy Voyager nebo Pioneer. Jupiter, nejvetsi planeta nasi slunecni soustavy, nazyvana tez obri plynnou planetou je slozena zejmena z vodiku a helia. Nema pevny povrch jako nase Zeme nebo planety zemskeho typu. Krome toho Jupiter ma velmi silne gravitacni pole, ktere puvodni materialy ze kterych vznikly plyno-prachove mraky "uveznilo" na planete. Oproti tomu nase Zeme tento prapuvodni material jiz ztratila. Proto bylo potrebrne presne urcit slozeni planety Jupiter. Vedci predpokladaji, ze tak budou moci lepe porozumet otazce formovani planet a vzniku slunecni soustavy.

Byl objeven novy silny radiacni pas


Sest hodin predtim, nez pouzdro vstoupilo do atmosfery, 155 dnu po oddeleni od materske sondy Galileo byly provadeny cinnosti pripravujici pouzdro ke vstupu do atmosfery. Tri hodiny pred vlastnim vstupem zacal jediny vedecky experiment pouzdra, ktery se netykal studia atmosfery. Pristroj EPI (Energetic Particle Instrument) zacal merit v drive neprozkoumane vnitrni oblasti Jupiterovy magnetosfery radiaci (vysoce energeticke nabite castice). Magnetosfera zabira obrovskou oblast kolem planety, ve ktere magneticke pole Jupitera prevysuje meziplanetarni magneticke pole od Slunce. Jupiterova atmosfera je daleko nejvetsi ze vsech ve slunecni soustave a jeji magneticke pole a radiacni pasy jsou daleko nejsilnejsi. I Zeme ma sve vlastni radiacni pasy, zname jako Van Allenovy pasy. Radiacni pasy Jupitera jsou tak silne, ze byly omezujicim faktorem pro Galileo Orbiter. Ten kolem planety krouzi v pomerne velke vysce na vrcholky mraku, nebot vystaveni elektroniky sondy ucinkum radiace v mensich vyskach by vedlo k jejimu zniceni. Pristroj EPI objevil novy intenzivni radiacni pas mezi Jupiterovym prstencem a nejvrchnejsi casti atmosfery. Tento pas je priblizne 10 krat silnejsi nez pozemske Van Allenovy radiacni pasy. V tomto radiacnim pasu doslo k prekvapivemu objevu vysoce energetickych iontu helia, jejichz puvod je dosud neznamy. Dalsi analyza techto objevu nam pomuze vice pochopit strukturu Jupiterovy magnetosfery a jeho radiovych emisi na vysokych frekvencich. Mnoho teles ve vesmiru (hvezdy, galaxie, pulsary, apod.) maji rozsahla magneticka pole. Takze studium zejmena silne Jupiterovy magnetosfery nam pomuze urcit jejich puvod.



Mereni teploty, tlaku a vetru prineslo prekvapeni


Jakmile se pouzdro ponorilo do Jupiterovy atmosfery, zacal pracovat pristroj ASI (Atmosphere Structure Instrument), aby prozkoumal nejhornejsi oblasti atmosfery a jejich vliv na pohyb pouzdra. Cilem tohoto vyzkumu bylo mereni teploty, tlaku a hustoty Jupiterovy atmosfery v mistech, kudy pouzdro proletalo. Takove infromace jsou nezbytne pro pochopeni struktury atmosfery a interpretaci vysledku dalsich experimetu. Teplota a tlak byly primo mereny behem faze padakoveho sestupu. Prvni vysledky ukazaly, ze hustota a teplota v horni atmosfere je vyznamne vyssi, nez se ocekavalo. Zda se, ze pro vysvetleni tohoto zjisteni bude nutne uvazovat jeste dalsi zdroj tepla krome Slunce, ktery ohriva horni vrstvy atmosfery. Teplota ve spodnich castech atmosfery odpovidala predpokladanym hodnotam. Vertikalni zmeny teploty v rozsahu tlaku 6-15 bar (to je asi 90 - 140 km pod viditelnou vrstvou mraku) ukazaly, ze spodni atmosfera je sussi nez se ocekavalo a je konvektivni. Dalsi dulezite zjisteni pristroje ASI bylo mereni vertikalni rychlosti vetru ve spodnich vrstvach atmosfery. Vysledky ukazaly, ze ve spodnich vrstvach panuje vysoka turbulence. Posledni data byla vyslana z hloubky, kde je tlak 23 baru a teplota 152 C. Tyto prvni vysledky mereni pristroje ASI maji ruzne dulezite dopady. Zda se, ze vzestupne a sestupne vetry jsou mnohem silnejsi nez se ocekavalo. To vyzaduje revizi nasich predstav o uniku energie z Jupiterova nitra. Konecne, take nase predstavy o abundanci a rozdeleni vody v Jupiteru musi byt opraveny.



Pruhlednost atmosfery v bezprostrednim okoli vstupniho mista pouzdra je mnohem vetsi nez se ocekavalo.


Dosud jsme pozorovali Jupiterova oblaka z dalky. Identifikovat a pochopit jejich puvod vsak muzeme pouze z bezprostredni blizkosti. Pristroj nazyvany NEP (Nephelometer) detekoval a charakterizoval castice, ktere tvori mracna z bezprostredni blizkosti. Experiment spocival v tom, ze svazek laseroveho zareni byl vysilan na male zrcatko nachazejici se na druhe strane pouzdra, od ktereho se odrazel zpet do pristroje. Studiem mnozstvi svetla, ktere pristroj vyslal a ktere bylo rozptyleno mohly byt detekovany a charakterizovany castice, tvorici Jupiterova mracna. Jiz prvni vysledky prinesly nekolik prekvapeni. Oproti ocekavani nebyly detekovany zadna silna a husta mracna, ktera by se tam mela nachazet podle teleskopickych pozorovani, bezprostredniho mereni kosmickych sond a teoretickych modelu. Podel sestupne trajektorie pouzdra byly detekovany pouze velmi male koncentrace mracen a pary. Dobre definovana a zretelna oblacna struktura byla nalezena pouze jedna a zda se, ze tato hladina odpovida jiz drive predpovezene vrstve mraku z hydrosulfidu amonneho. Pozorovana oblacna struktura je velmi odlisna od te, kterou by astronomove ocekavali a zda se, ze budou muset prepracovat sve teorie oblacnych utvaru na Jupiteru. Na zaklade techto a dalsich pozorovani vyvstala jedna dulezita otazka: "Bylo misto vstupu pouzdra do Jupiterovy atmosfery reprezentativnim vzorkem pro celou Jupiterovu atmosferu?"



Husta oblaka byla detekovana ve vetsi vzdalenosti od mista, kde pouzdro vstoupilo do atmosfery.


Pristroj NFR (Net Flux Radiometer) registroval promenne mnozstvi slunecniho svetla a promenne mnozstvi infracerveneho ("tepelneho") zareni v zavislosti na hloubce. Toto mereni astronomum muze pomoci pri detekci jednotlivych hladin mraku, urceni hnaciho zdroje vetru a take detekci vodni pary. Pri jasnem pozemskem dni je ve smeru, kde se nachazi Slunce obloha dosti jasna. Mene jasna je v ostatnich smerech. Jestlize mame na Zemi velmi zatazeno, obloha je temer stejne jasna ve vsech smerech. Urcit smer, kde se nachazi Slunce, se stava velmi obtizne. Pristroj Net Flux Radiometer tohoto efektu spolu s rotaci sondy vyuzival k urcovani nejvetsich oblacnych hladin. Az do urovne tlaku 0.6 baru pristroj registroval velke zmeny jasnosti oblohy v ruznych smerech. Po prekroceni teto hranice zmeny jasnosti prudce ustaly. To znamena, ze hladina mraku, ktera byla drive predpovidana jako amoniakova mracna, odpovida podle ocekavani nejhornejsi oblacne hladine planety. Zadne dalsi oblacne hladiny nalezeny nebyly - zejmena tenoucka vrstva mraku, zaregistrovana pristrojem NEP. Tato v tomto experimentu pozorovana nebyla. Mimo to, oblaka, ktera pozoroval pristroj NFR nebyla pozorovana pristrojem NEP. Takovyto protiklad muze byt vysvetlen tak, ze mereni castic tvorici mracena z pristroje NEP probihalo v bezprostredni blizkosti pouzdra a pristroj NFR oblaka meril na velkou vzdalenost. Nejjednodussi vysvetleni techto vysledku se zda byt takove, ze mraky jsou roztrhane a pouzdro proletalo zrovna oblasti, kde je "jasno". Zda se, NFR oblacna struktura je ohrivana z vnitrniho zdroje tepla planety a to ma take vliv na puvod jupiterovych vetru. Nutno vsak zopakovat, ze oblacna struktura v miste vstupu pouzdra sondy se zda byt velmi odlisna od toho, co se ocekavalo. Modely oblacnych utvaru na planete Jupiter musi byt prepracovany.



Silne vetry setrvavaji i ve velkych hloubkach:


Drivejsi studie pohybu mracen na Jupiteru ukazaly, ze zde existuje velmi neobvykle proudeni vetru. Na rozdil od systemu proudeni na Zemi, tam vladnou silne stridave vychodo-zapadni proudy. Puvod jupiterovych vetru je dosud neznamy, z velke casti proto, ze nejsme schopni nahlednout pod nejhornejsi oblacnou pokryvku atmosfery. V experimentu nazyvanem Doppler Wind Experiment byly registrovany zmeny frekvence radioveho signalu vzhledem k pohybu pouzdra (vyuzival se zde tzv. Doppleruv efekt, jev ktery muzeme take pozorovat poslouchame-li piskajici vlak kdyz k nam prijizdi a kdyz se od nas vzdaluje). Podle takovych mereni muzeme usoudit na vertikalni zmeny vetru v atmosfere, coz nas privede na stopu k urceni puvodu vetru. Prvni vysledky tohoto experimentu ukazuji, ze rychlost vetru pod mraky je 540 km/hod a na vysce priblizne nezavisi. Tyto vysledky maji hluboke dusledky. Jednim z dusledku je to, ze vetry na Jupiteru nevznikaji ohrevem od Slunce nebo od kondenzace vodni pary, tedy podobne jako vitr vznika na Zemi, ale pravdepodobnym pohonnym mechanismem vetru na teto planete je unikani tepla ze zdroje, ktery se nachazi v nitru.



Bourkova aktivita na Jupiteru je od pozemske velmi odlisna:


Sledovani blesku v atmosfere nam muze mnohe prozradit o pritomnosti jevu podobajicich se bource, ktera nam bude detekovat oblasti se silnymi atmosferickymi vzestupnymi proudy a oblasti kde dochazi ke srazkam. Na mnozstvi blesku muze take zaviset vznik urcitych chemickych sloucenin, vcetne organickych molekul (napriklad i takovych, jake daly vznik zivotu na Zemi). Na Zemi jsme zvykli na blesky, ktere se vybiji mezi mraky a povrchem zeme. Celkem bezne jsou take blesky vybijejici se vzajemne mezi mracny. Na Jupiteru neexistuje pevny povrch a ocekavalo se, ze blesky se budou vyskytovat mezi mraky. Pristroj Lightning and Radio Emission Detector vyhledaval opticke zablesky a radiove vlny emitovane pri vyboji blesku. V blizkosti sondy nebyl opticky registrovan zadny zablesk. Mnoho vyboju bylo registrovano na radiovych frekvencich. Podoba radiovych signalu naznacovala, ze k vybojum dochazelo velmi daleko od sondy (asi ve vzdalenosti jednoho prumeru Zeme) a "hromy" od blesku jsou mnohem silnejsi nez na Zemi. Intenzita bourek, registrovana na radiovych vlnach naznacuje, ze bourkova aktivita je na teto planete asi 3-10 krat mensi nez na Zemi. Predbezna analyza ukazala, ze bourkova aktivita na Jupiteru je velmi odlisna od te, kterou zname ze Zeme. Neobvykly tvar radiovych signalu naznacuje, ze fyzici budou mit s vysvetlovanim bourkovych vyboju na Jupiteru vice prace, nez si puvodne mysleli. Teorie rozdeleni vodnich mraku a vyhrivani z nitra Jupitera budou zrejme take potrebovat prehodnoceni.



Zda se, ze nekolik klicovych prvku a slozek je v atmosfere zastoupeno mene nez se ocekavalo.


Z vyse uvedenych duvodu nemuzeme z jednoho mereni sondy urcit presne slozeni Jupitera, muzeme pouze ziskat prvni stopu k rozreseni hadanky vzniku planety a procesu jejiho vyvoje. Mereni z pristroje NMS (Neutral Mass Spectrometer) urcily presneji slozeni atmosfery Jupitera. Prvni vysledky ukazuji, ze atmosfera obsahuje mene vody nez se ocekavalo. V atmosfere je take mene uhliku ve forme metanu nez se ocekavalo. Nepatrne mene je tam tez siry ve forme sulfanu. Pristroj take nameril neocekavane hodnoty vzacnych (inertnich) plynu, vcetne znacne absence neonu. Objeveno bylo nepatne mnozstvi organickych molekul. Pristroj Helium Abundance Detector meril velmi presne obsah helia. Helium bylo detekovano v podstatne mensim mnozstvi nez je na Slunci. I tyto vysledky znamenaji, ze budeme muset prepracovat nase teorie vzniku a vyvoje Jupitera. Zda se, ze v dobe priletu pouzdra drobne "prselo" helium. Podle lokalnich meteorologickych mereni vychazi atmosfera sussi.




Pouzdro patrne vstoupilo do netypicke oblasti


Vstupni misto pouzdra (6.5 stupne severni sirky a 4.5 stupne zapadni delky) bylo v case vstupu sledovano teleskopicky pozemskymi dalekohledy, abychom meli moznost urcit jeho promennost. Dulezitym cilem techto pozorovani bylo ziskat data, ktera by nam umoznila vysledky pozorovani pouzdra sondy Galileo posleze zobecnit na Jupitera jako celek. Prvni vysledky ukazuji, ze vstupni misto bylo oblasti s velkymi zmenami. Sonda vstoupila temer u okraje tzv. infracervene "horke skvrny", coz je podle vedcu misto s mensim mnozstvim mracen. Zda se, ze sonda pravdepodobne vstoupila do vyjimecneho mista atmosfery teto vysoce heterogenni planety. Z tohoto duvodu prineslo mereni pouzdra pri sestupu mnoha prekvapeni.



Mnozstvi dalsich vysledku teprve prijde!


Toto resume vedeckych zjisteni pouzdra kosmicke sondy Galileo vzniklo jako predbezna analyza dosud prijatych dat a proto je na ne nutne hledet, jako na predbezne vysledky. Proces konvertovani dat prichazejicich od sondy Galileo do uzitecnych vedeckych mereni vyzaduje cas a podrobnou analyzu. Mnoho prace bude vykonano v nadchazejicich mesicich a letech. Vedci a publiciste budou s formalnimi zpravami o vysledcich mise Galileo seznameni. Nejaktualnejsi informace ziskate na URL: http://ccf.arc.nasa.gov/galileo_probe.