Misja Galileo Do Jowisza I Jego Księżyców.pdf

Jowisza i jego

ksi«ýycw

Niewielu naukowcw

przypuszcza¸o,

ýe n«kana awariami

technicznymi sonda

kosmiczna Galileo

przeprowadzi tak

wszechstronne

badania uk¸adu

Jowisza. Ma¸o kto

przewidywa¸ teý,

ýe wn«trza tych

æwiatw okaý si«

tak rýnorodne

Torrence V. Johnson

strzeni kosmicznej, utrzymujc cisz« radiow, jedynie

niewielki zegar odlicza¸ up¸ywajce sekundy. Krý-

ca 215 tys. km powyýej sonda kosmiczna gotowa by¸a do odbio-

ru prowadzonych przez niego transmisji. Daleko na Ziemi, in-

ýynierowie i naukowcy, z ktrych wielu pracowa¸o przy tym

projekcie juý od 20 lat, czekali na dwa decydujce sygna¸y. Pierw-

szym z nich mia¸ by pojedynczy bit danych, zwyk¸e tak lub nie,

dajcy zna, czy ma¸y prbnik przetrwa¸ ogniste nurkowanie

w g«st atmosfer« Jowisza.

Gdy w po¸owie lat siedemdziesitych krystalizowa¸ si« po-

mys¸ misji Galileo, zak¸adano, ýe w 1982 roku prom kosmiczny

wyniesie na orbit« wok¸ziemsk dwucz«æciowy statek bezza-

¸ogowy, ktry zostanie wys¸any dalej w kierunku Jowisza przez

specjalny grny stopieÄ nap«dowy. Lecz poælizgi czasowe

w pierwszych startach wahad¸owcw i k¸opoty z budow ostat-

niego cz¸onu rakiety powodowa¸y cig¸e opnienia w realiza-

cji za¸oýonego planu. Wtedy to, w 1986 roku, gdy przygotowy-

wano w¸aænie Galileo do wystrzelenia, dosz¸o do tragicznej

katastrofy Challengera. Zmuszeni okolicznoæciami do przesta-

wienia si« na bezpieczniejszy, lecz s¸abszy grny stopieÄ, inýy-

nierowie wytyczyli mozoln trajektori« wspomagan si¸ami gra-

witacji. Do uzyskania impetu, ktrego nie mog¸a zapewni nowa

rakieta, wykorzystali bliskie przeloty statku obok Wenus i Zie-

mi. Od momentu wystrzelenia w padzierniku 1989 roku podrý

trwa¸a szeæ lat. Po dwch latach lotu zdarzy¸o si« nast«pne nie-

szcz«æcie: g¸wna antena komunikacyjna w kszta¸cie parasola

nie roz¸oýy¸a si« i statek pozosta¸ jedynie z anten pomocnicz

RUJNOWANA PRZEZ 80 WULKANîW powierzchnia Io sprawia, ýe Ziemia

przy niej wydaje si« geologicznie nieaktywna. û¸te, brzowe i czerwone

plamy na tej mozaice zdj« komputerowo pokolorowanych (g¸wne zdj«-

cie) oznaczaj rýne minera¸y siarki. Bia¸e powierzchnie pokrywa szron dwu-

tlenku siarki. Gaz i py¸ zosta¸y wyrzucone na orbit«, jak to wida wyranie,

gdy S¸oÄce oæwietla Io z boku (wstawka z prawej) . Wi«kszoæ ý¸tawej po-

æwiaty pochodzi od gazowego sodu. Bia¸e rozb¸yski to æwiat¸o s¸oneczne

rozproszone przez piropusz erupcji wulkanu Prometheus.

24 å WIAT N AUKI Maj 2000

Misja Galileo do

D la zaoszcz«dzenia energii prbnik w«drowa¸ w prze-

NASA/JET PROPULSION LABORATORY (g¸wne zdj«cie i wstawka)

JARED SCHNEIDMAN DESIGN (Galileo)

Gazowy olbrzym

Jowisz

wszed¸ nigdy w kontakt z gazowym olbrzymem. Ta sonda kosmiczna

spuæci¸a prbnik do atmosfery Jowisza nieco na p¸noc od rwnika Ð w miej-

sce, ktre jest ukazane na zdj«ciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop

HubbleÕa po tym, jak prbnik zosta¸ tam wycelowany (z lewej) . Prbnik opa-

da¸ przez ponad godzin«, dokonujc pomiarw sk¸adu chemicznego (tabela

poniýej) , zanim zniszczy¸a go wysoka temperatura i ciænienie (sekwencja zda-

rzeÄ z prawej) . Przyjmuje si«, ýe pierwotny sk¸ad s¸oneczny jest taki jak dzi-

siejszych zewn«trznych warstw S¸oÄca.

SKüAD CHEMICZNY GîRNYCH WARSTW ATMOSFERY

(Liczba atomw na atom wodoru)

PIERWIASTEK POSTA CHEMICZNA

JOWISZ

SATURN

SüOÁCE

HEL

0.078

0.070 ± 0.015

0.097

W¢GIEL

METAN

1.0 x 10 Ð3

2 x 10 Ð3

3.6 x 10 Ð4

AZOT

AMONIAK

4.0 x 10 Ð4

3 ± 1 x 10 Ð4

1.1 x 10 Ð4

TLEN

WODA

3.0 x 10 Ð4

brak pomiarw

8.5 x 10 Ð4

SIARKA

SIARKOWODîR

4.0 x 10 Ð5

brak pomiarw

1.6 x 10 Ð5

DEUTER

3 x 10 Ð5

3.0 x 10 Ð5

NEON

1.1 x 10 Ð5

brak pomiarw

1.1 x 10 Ð4

ARGON

7.5 x 10 Ð6

brak pomiarw

3.0 x 10 Ð6

KRYPTON

2.5 x 10 Ð9

brak pomiarw

9.2 x 10 Ð10

KSENON

1.1 x 10 Ð10

brak pomiarw

4.4 x 10 Ð11

RîDüA: SUSHIL K. ATREYA University of Michigan ; HASSO B. NIEMANN NASA Goddard Space Flight Center i zesp¸

OWALNE CHMURY Galileo obserwowa¸ na pocztku 1997

roku. Uwi«zi¸y one pomi«dzy sob gruszkowatego kszta¸tu ob-

szar. Owale obracaj si« przeciwnie do ruchu wskazwek ze-

gara; gruszkowaty obszar Ð zgodnie. Na tej mozaice trzech

zdj« wykonanych w bliskiej podczerwieni i przedstawionych

w sztucznych kolorach niebieskawe ob¸oki s cienkie, bia¸e Ð

grube, a czerwonawe znajduj si« g¸«boko. Rok pniej owa-

le po¸czy¸y si« ze sob Ð to jaskrawy przyk¸ad zmiennych

warunkw atmosferycznych na Jowiszu. Kaýdy owal ma sze-

rokoæ oko¸o 9000 km.

DZIURA W GîRNYM PI¢TRZE CHMUR ods¸ania bardziej gorce regiony po-

¸oýone g¸«biej. Tak jak na innych zdj«ciach w bliskiej podczerwieni, niebie-

skawe ob¸oki s cienkie, bia¸e Ð grube, a czerwonawe Ð po¸oýone g¸«biej

(diagram z prawej) . Prbnik Galileo wszed¸ w¸aænie w tak stref« zwan

gorc plam. Zdj«cie to przedstawia obszar o szerokoæci 34 tys. km.

WIELKA CZERWONA PLAMA to olbrzymi uk¸ad burzowy, wznoszcy si« na blisko 30 km

ponad otaczajce chmury. Od czerwieni przez zieleÄ po b¸«kit, kolory oznaczaj spadek

zawartoæci metanu wzd¸uý kierunku patrzenia.

Obszary rýowe i bia¸e wznosz si« zatem naj-

wyýej, a niebieskawe i czarne po¸oýone s najg¸«-

biej. Uk¸ad burzowy ma oko¸o 26 tys. km d¸ugoæci

i ukszta¸towa¸ si« prawdopodobnie w wyniku nie-

stabilnoæci powsta¸ych w silnym wschodnio-za-

chodnim przep¸ywie gazu w atmosferze planety.

Artystyczny wizerunek (poniýej) wyolbrzymia ska-

BüYSKI WYüADOWAÁ

pojawiaj si« na tych

zdj«ciach nocnej p¸ku-

li Jowisza wykonanych

przez orbiter. Nik¸e

æwiat¸o ksi«ýyca Io roz-

æwietla pi«tro chmur

amoniaku. Wy¸adowa-

nia prawdopodobnie

pochodz z chmur z

pary wodnej, po¸oýo-

nych 100 km g¸«biej.

Cz«stoæ wyst«powa-

nia wy¸adowaÄ jest

taka sama jak w bu-

rzach na Ziemi, s one

jednak 1000 razy ja-

æniejsze od ziemskich.

Kaýde zdj«cie ukazuje

obszar o powierzchni

oko¸o 60 000 km 2 .

A ý do czasw misji Galileo ýaden obiekt b«dcy dzie¸em cz¸owieka nie

Prbnik wchodzi w atmosfer«

450 km, 10 -7 bara, 0 min

Otwiera si« pierwszy spadochron

23 km, 0.4 bara, 2.86 min

Prbnik od¸cza si« od pokrywy rufowej

23 km, 0.4 bara, 2.88 min

o niewielkiej mocy [patrz: Torrence V.

Johnson ãMisja GalileoÓ; åwiat Nauki,

grudzieÄ 1995]. Nast«pnie zaci«¸o si«

urzdzenie rejestrujce niezb«dne do

przechowywania danych.

Tak wi«c gdy do inýynierw dotar¸

wreszcie ãz¸oty bitÓ potwierdzajcy, ýe

prbnik jednak funkcjonuje, w pomiesz-

czeniu kontrolnym rozleg¸y si« owacje

i napi«cie powoli zacz«¸o opada. Lecz

zesp¸ musia¸ jeszcze czeka dwie go-

dziny na drugie krytyczne zdarzenie:

umieszczenie towarzyszcej sondy na

orbicie wok¸ Jowisza. By zmniejszy jej

pr«dkoæ z mi«dzyplanetarnej do takiej,

by pole grawitacyjne Jowisza mog¸o

statek przechwyci, inýynierowie wyda-

li polecenie odpalenia na 45 min zbudo-

wanego w Niemczech g¸wnego silni-

ka. Manewr si« uda¸. Orbiter zosta¸

pierwszym sztucznym satelit tej olbrzy-

miej planety.

Od tego dnia w grudniu 1995 roku mi-

sja, ktra juý wydawa¸a si« skazana na

niepowodzenie, po raz pierwszy pozwo-

li¸a badaczom szczeg¸owo zapozna si«

z uk¸adem Jowisza. Mieliæmy okazj« po-

dziwia go jedynie przez chwil« Ð w la-

tach siedemdziesitych podczas przelo-

tw sond Pioneer i Voyager. Prbnik

atmosferyczny zanurzy¸ si« w zmienia-

jce si« jak w kalejdoskopie chmury

i przeprowadzi¸ pierwsze bezpoærednie

pobranie prbek sk¸adu atmosfery pla-

nety zewn«trznej, przekazujc dane

przez godzin«, zanim przepad¸ w gazo-

wych czeluæciach. Tymczasem sam or-

biter nadal pracuje i ma si« dobrze. Sfo-

tografowa¸ i zbada¸ sam planet«, jej

pieræcienie i rýnorodne ksi«ýyce.

Odpada os¸ona termiczna

21 km, 0.45 bara, 3.03 min

WYSOKOå ODNIESIENIA: 0 km, 1 bar, 6.4 min

Ustaje ¸cznoæ

Ð146 km, 22 bary, 61.4 min

Topi si« tytanowy korpus prbnika

Ð 1000 km, 2000 barw, 9 godz.

CIENKA WARSTWA MGüY

CHMURY WODNE

Gü¢BOKIE WARSTWY ATMOSFERY

Kolebka prdw zst«pujcych

WN¢TRZE JOWISZA æwiadczy, ýe okreælenie ãgazowy

olbrzymÓ jest poniekd mylce. Planeta zbudowana jest

w wi«kszoæci z wodoru poddanego tak ogromnemu ci-

ænieniu, ýe staje si« on ciek¸y i metaliczny. Pod tym

wszystkim znajduje si« skaliste jdro, wok¸ ktrego

zbiera¸ si« wodr.

Najbardziej znany jest fakt dostarcze-

nia przez niego przekonujcych argu-

mentw potwierdzajcych istnienie oce-

anu p¸ynnej wody kryjcego si« we-

wntrz Europy, jednego z czterech na-

turalnych satelitw Jowisza odkrytych

w 1610 roku przez Galileo Galilei [patrz:

Robert T. Pappalardo, James W. Head

i Ronald Greeley, ãUkryty ocean Euro-

pyÓ; åwiat Nauki , marzec 2000]. Takýe

inne duýe ksi«ýyce ujawni¸y teraz swo-

je sekrety: strumienie elektronw ¸cz-

ce Io Ð najbardziej um«czone wulkanicz-

ne cia¸o niebieskie Uk¸adu S¸onecznego

Ð z Jowiszem; pole magnetyczne gene-

rowane wewntrz Ganimedesa (pierw-

sze takie wykryte na ksi«ýycu); oraz

subtelne tajemnice Kallisto, ¸cznie z

oznakami wyst«powania i tam oceanu.

Zgodnie ze wsp¸czesnymi teoriami

powstawania planet, Jowisz i inne plane-

ty olbrzymy wy¸oni¸y si« z pierwotnej

mg¸awicy s¸onecznej w dwch etapach.

WODîR

CZSTECZKOWY

WODîR

METALICZNY

JDRO

å WIAT N AUKI Maj 2000 27

Wn«trze i pola magnetyczne

satelitw galileuszowych

przekopywa¸ si« przez nie, o wewn«trznej ich strukturze wy-

wnioskowano na podstawie poczynionych przez niego pomia-

rw ich pola grawitacyjnego i magnetycznego. Z tych czterech

jedynie Kallisto wydaje si« nie zrýnicowana na oddzielne war-

stwy metalu, ska¸ i lodu wodnego. Pole elektromagnetyczne

Jowisza oddzia¸uje na wszystkie cztery, lecz szczeglnie na Io

(wykres poniýej) . Pole to unosi zjonizowane gazy z wybuchw

wulkanicznych na Io, tworzc plazmowy torus. StrumieÄ na¸a-

dowanych czstek pomi«dzy planet a ksi«ýycami przewodzi

prd elektryczny o nat«ýeniu 5 mln amperw (na wykresie tym

planeta i ksi«ýyce nie s w skali).

wie zosta nazywane ãksi«ýycamiÓ. Pod wieloma wzgl«da-

mi s one planetami. Dwa wewn«trzne, Io i Europa, maj mniej

wi«cej rozmiary i g«stoæ Ksi«ýyca. Dwa zewn«trzne, Ganime-

des i Kallisto, wielkoæci Merkurego, s od niego o wiele mniej

g«ste. Chociaý Galileo ani na nich nie wyldowa¸, ani teý nie

GANIMEDES

SKORUPA

LODOWA

STRUMIEÁ

NAüADOWANYCH CZSTEK

TORUS PLAZMOWY

PüASZCZ

LODOWY

PüASZCZ

SKALNY

KALLISTO

LINIA SIü

POLA MAGNETYCZNEGO

ûELAZNE JDRO

SKORUPA

LODOWA

OCEAN?

EUROPA

PüASZCZ

SKALNY

OCEAN

SKORUPA

LODOWA

WN¢TRZE Z MIESZANINY

LODU I SKAü

STOPIONY

PüASZCZ

SKORUPA

SKALNA

ûELAZNE JDRO

W pierwszym lodowe planetozymale Ð

w istocie wielkie komety, ktre pierwot-

nie skondensowa¸y si« z ob¸oku gazo-

wo-py¸owego Ð zlepia¸y si« ze sob. Na-

st«pnie, gdy juý protoplaneta uros¸a do

okreælonych krytycznych rozmiarw,

gromadzi¸a sama gaz bezpoærednio

z mg¸awicy. Tak wi«c Jowisz powsta¸

z pierwotnej materii Uk¸adu S¸oneczne-

go, o prawie takim samym sk¸adzie che-

micznym jak wczesne S¸oÄce. Odtd

planeta kszta¸towa¸a si« w wyniku ta-

kich procesw, jak wewn«trzne rýni-

cowanie i post«pujcy nadal upadek

materia¸u kometarnego. G¸wnym za-

daniem prbnika atmosferycznego by-

¸o w¸aænie zbadanie tych procesw.

By moýe najbardziej tajemnicze od-

krycie prbnika wiza¸o si« z ustaleniem

sk¸adu chemicznego kondensatw at-

mosfery Jowisza, zawierajcych takie

pierwiastki, jak azot, siarka, tlen i w«-

giel. Naukowcy wiedzieli od dawna, ýe

Jowisz zawiera prawie trzy razy wi«cej

w«gla (w postaci metanu) niý S¸oÄce.

Uwaýa si«, ýe pozosta¸e zwizki (w po-

staci amoniaku, siarczkw amonu i wo-

dy) kondensuj si« i tworz warstwy

chmur na rýnych g¸«bokoæciach atmos-

fery planety. Zanieczyszczenia w kro-

pelkach tworzcych te chmury, praw-

dopodobnie siarka i fosfor, nadaj

kaýdej z warstw charakterystyczn bar-

w«. Prbnik atmosferyczny zosta¸ tak

zaprojektowany, by mg¸ opuæci si«

poniýej najniýszego przewidywanego

pi«tra chmur, utworzonych Ð jak sdzo-

no Ð ze skondensowanej pary wodnej

przy ciænieniu oko¸o 5Ð10 atm Ð jakieæ

100 km poniýej grnych lodowych ob¸o-

kw z¸oýonych z kryszta¸kw lodu

amoniakalnego. Prognoza stanu atmos-

fery Jowisza przewidywa¸a wyst«po-

wanie wiatru i zachmurzenia oraz wy-

sok temperatur« i wilgotnoæ.

A jednak przyrzdy prbnika nie za-

rejestrowa¸y prawie ýadnych æladw

chmur, wykrywajc jedynie lekkie za-

mglenie na poziomie ciænienia 1.6 atm.

Zawartoæ wody i siarki okaza¸a si« ni-

ska. Detektor wy¸adowaÄ atmosferycz-

nych Ð specjalny odbiornik radiowy

z modulacj amplitudy, nas¸uchujcy

trzaskw elektrostatycznych Ð zareje-

strowa¸ jedynie s¸abe wy¸adowania.

Krtko mwic, pogoda by¸a prawie

bezchmurna i sucha. Co wi«c by¸o nie

tak z przewidywaniami? Cz«æ odpo-

wiedzi nadesz¸a szybko. Na zdj«ciach

wykonanych w podczerwieni przez te-

leskopy naziemne wykryto, ýe prbnik

trafi¸ mimowolnie w specjalnego typu

warstw« atmosfery, zwan pi«ciomikro-

now gorc plam Ð rejon, w ktrym

promieniowanie podczerwone jest wy-

promieniowywane z niýszych, bardziej

gorcych poziomw. Jowisz ma wiele

tego rodzaju obszarw, zmieniajcych

stale po¸oýenie. Dlatego teý nie moýna

by¸o tak zaprogramowa opuszczania

si« prbnika, by trafi¸ akurat w ten ob-

szar lub go omin¸.

28 å WIAT N AUKI Maj 2000

C ztery satelity galileuszowe Jowisza nie powinny w¸aæci-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: