NASA’s Juno probe has been orbiting Jupiter since 5 July 2016, swooping past the gas giant once every 53 days. By combining the data collected during its close passes – or ‘perijoves’ – the Juno science team is working to reveal the world beneath the planet’s cloud tops.
Previous missions have only been able to see the top few hundred kilometres of Jupiter’s atmosphere, a region striped with white zones and brown belts.
But Juno is carrying several instruments that are capable of seeing beyond this layer and peering down into the planet beneath.
- NASA’s Juno spacecraft reveals secrets beneath Juno’s clouds
- Juno captures the Great Red Spot
- Another volcano on Jupiter’s moon Io?
The Microwave Radiometer, for instance, observes using wavelengths of light that can make the clouds appear transparent.
“What Juno’s revealed is that what we see at the cloud tops is just the tip of the iceberg,” says Dr Leigh Fletcher from the University of Leicester and a participating scientist on Juno.
“Below the cloud tops are these enormous structures that are responsible for what we see going on higher up. The exact mechanism of how what’s going on in the atmosphere is connected to what’s going on down at depth is still to be resolved, but if there’s any spacecraft that’s can do that, it’s Juno.”
Magnetic appeal
Juno also has a gravity instrument that measures how the planet tugs on the spacecraft.
If the gravity is stronger in one place, then it means there’s something massive or dense beneath the visible clouds in that region.
By looking out for subtle changes in the gravitational pull, researchers can create a density map of the planet.
Juno now has enough passes under its belt to start building up a global image of the gas giant.
The detail improves with each perijove and is beginning to reveal the planet hidden beneath the clouds.
“We’ve determined that the winds you see at the cloud tops go down about 2,000–3,000km towards the inside of the planet. ” says Dr Fletcher.
“Remember we’re talking about a planet that is over 70,000km in radius, so the winds of Jupiter are really only the outer shell of the planet.”
The spacecraft also is also equipped with a magnetometer, which is mapping the gas giant’s immense magnetic field.
From the first orbit around Jupiter, Juno detected that the planet’s field was much stronger than expected. And now that it’s gathered enough data to begin building a map, a strange feature is beginning to emerge.
“People have been referring to it as the Great Blue Spot,” explains Dr Fletcher. “It’s not a great storm, like the Great Red Spot, but a region where all these magnetic field lines seem to diverge or converge, creating a strange pattern within the deep insides of Jupiter.”
The field around the Great Blue Spot also seems to be changing over time, making Jupiter the only planet other than Earth where we’ve seen a dynamic magnetic field.
Observing how the ever-changing Jovian atmosphere evolves is one of the main goals of the Juno mission.
It’s hoped the probe’s unprecedented views of the planet will add to the decades of observations that have tracked how it changes during its long, 12-year orbit of the Sun, and inform the other changes noticed over longer timescales too.
For instance, Fletcher’s team noticed that every six to seven years, an event known as a disturbance cycle caused the white haze found at high altitude to disappear, revealing the dark brown clouds beneath.
These cycles create large streaks across the planet’s equatorial zone and remain visible for many months, and according to the six-to-seven-year pattern, the next one was due to begin in 2019.
“Earth-based Jupiter observers are getting very excited at the moment because the event is actually in full swing. So the prediction that we would see one of these equatorial disturbances turned out to be correct,” says Dr Fletcher.
The timing was perfect. Not only is Juno in prime position to get a close-up look, but the event began just as Jupiter came into opposition, the point when the planet is at its closest to Earth and the best images can be taken.
The Juno team has been collaborating with professional and amateur astronomers all over the world who are observing Jupiter.
Many of these Earth-based astronomers are supplying views of the planet in light wavelengths that Juno can’t detect.
Telescopes used by professionals, such as the Hubble Space Telescope and the Very Large Array, deal with light at far ends of the spectrum (infrared and ultraviolet), while the visible part of the spectrum is covered by amateur astronomers.
And although this latter group might not have access to the multi-metre telescopes that the professionals do, what they do have is dedication.
“The amateurs are out in their back gardens, night after night, taking images of Jupiter for us. It helps us track the various atmospheric features on the planet and allows us to target JunoCam’s observations to particular features of interest,” explains Dr Fletcher.
JunoCam, the spacecraft’s only visible light camera, was never intended as a scientific instrument.
Instead, it provides image data from its unprecedented viewpoint, which is immediately made available for anyone to process.
There is currently a thriving community of volunteers, with skills ranging from image editing to mathematical expertise, working together to turn the raw data being gathered by the JunoCam into beautiful and scientifically useful pictures.
“The JunoCam team itself is tiny. They don’t have the resources to process the images themselves, so this has been a very successful exercise in getting all these very passionate and talented people on board and feeling like one big team working together,” says Dr Fletcher.
The spectacular JunoCam images have helped to keep the mission in the public eye, despite it only being intended to last for the first few months, as the belts of extreme radiation that surround Jupiter can rapidly destroy sensitive components.
To avoid constant exposure, Juno follows a highly elliptical orbit, so the spacecraft only dips into the deadly region for a few hours every 53 days.
Even with this precaution, JunoCam was only expected to last through a few close passes. But three years later, it’s still going strong.
The unusual orbit has the added benefit of giving Juno an unusual perspective on the planet, sweeping from top to bottom and allowing it to look down on the poles.
From that perspective, Jupiter looks completely different. Gone are the familiar belts, replaced by giant storms.
In the north, eight cyclones encircle the pole, while the South Pole has only five.
“[At the poles] we enter a completely different regime that’s dominated by these small clusters of storms and enormous cyclones,” points out Dr Fletcher.
“Trying to come up with a theory of how you go from the ordered belts to these storms is going to keep atmospheric physicists scratching their heads for some time to come.”
Time, fuel and money
Juno will continue to observe the planet for as long as it’s able to. The main mission will come to an end in July 2021, but there is the chance to extend it if the spacecraft is still healthy.
“Although the radiation environment was seen as being the thing that would limit the time of the spacecraft, that doesn’t seem to be the case,” says Dr Fletcher. “The radiation environment just hasn’t been as damaging as anticipated.”
Although Juno’s engine – built by British company Moog-ISP (now part of Nammo Westcott) – uses propellant to manoeuvre, Juno’s orbit means that it’s unlikely to run out, as happened to the Saturn explorer, Cassini.
Instead, Juno will probably fall victim to the most pedestrian of ends: budget cuts.
The team behind Juno will continue to fight to keep the mission running for as long as possible.
With every pass, the spacecraft continues to refine our view of Jupiter and provide new insights into the constantly evolving atmosphere of this giant planet.
Jupiter’s shrinking Great Red Spot
The Great Red Spot has been a familiar fixture on Jupiter for centuries.
The swirling maelstrom is caught between the South Equatorial Belt to its north, and a white zone to its south, and spans a distance 1.3 times Earth’s diameter.
Juno has spent several of its passes looking at the Spot. The team hopes its gravitational maps will eventually reveal how far down the storm extends, giving an insight into how the storm has been raging for so long.
But could the storm be about to blow itself out?
The Spot has been getting smaller for many years, but this shrinking sped up dramatically in May 2019.
By mid-June, analysis of amateur images showed the Spot’s size had reduced by 3,000km – around 20 per cent of its overall size.
Fragments of the storm, referred to as blades or flakes, are breaking off the main storm and melting away into the surrounding belts and zones.
Rivers of dark material also appear to be flowing from the Spot, making it appear as though the storm is unravelling.
This is the first time such activity has been seen around the Spot and astronomers, both amateur and professional, are watching with avid interest.
The next look at Jupiter
Though Juno is expected to survive beyond the end of its nominal mission in 2021, the spacecraft can’t last forever.
Fortunately, the European Space Agency (ESA) is already designing the follow up mission – the Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE).
As the name suggests, this mission’s priority is to look at Jupiter’s satellites, but it will still examine the gas giant.
“They are two very different missions,” says Dr Leigh Fletcher, a member of the Juno team. “But JUICE is designed to be complementary to Juno. JUICE will be looking at the cloud tops and upwards, whereas Juno focuses on the cloud tops downwards.”
It does mean that if Juno does make a discovery, there’s already a mission in development that should be able to take over from Juno when it reaches the planet in just over a decade’s time.
“A great example is the cyclones at the North and South Pole,” says Dr Fletcher. “We’re only going to be able to look at those for a handful of years with the Juno spacecraft.
“Fast forward to a decade from now and JUICE will be there and able to tell us whether those cyclones still exist. It will reveal if these are long-lived features of the Jovian atmosphere, or whether they’re something that comes and goes with time.”
Sonda Juno a NASA a orbitat Jupiter începând cu 5 iulie 2016, trecând pe lângă gigantul de gaze o dată la 53 de zile. Combinând datele colectate în timpul trecerilor sale apropiate – sau perijoves – echipa științifică Juno lucrează pentru a dezvălui lumea de sub norii planetei.
Misiunile anterioare nu au putut vedea decât câteva sute de kilometri din atmosfera lui Jupiter, regiunea dungată cu zone albe și centuri maro.
Dar Juno poartă mai multe instrumente care sunt capabile să vadă dincolo de acest strat și să privească în jos spre planetă.
- NASA’s Juno spacecraft reveals secrets beneath Juno’s clouds
- Juno captures the Great Red Spot
- Another volcano on Jupiter’s moon Io?
Radiometrul cu microunde, de exemplu, utilizează lungimi de undă ale luminii care pot face ca norii să pară transparenți.
„Ceea ce a dezvăluit Juno este că ceea ce vedem, vârfurile de nori, este doar vârful aisbergului”, spune dr. Leigh Fletcher de la Universitatea din Leicester și un om de știință participant la Juno.
„Sub vârfurile norilor se află aceste structuri enorme care sunt responsabile de ceea ce vedem că se întâmplă mai sus. Mecanismul exact al modului în care se conectează ceea ce se întâmplă în atmosferă la ceea ce se întâmplă în profunzime este încă de rezolvat, dar dacă există o navă spațială care poate face asta, ea e doar Juno. ”
Apelul magnetic
Juno are, de asemenea, un instrument care măsoară valorile atracției gravitaționale cu care planeta interacționează cu nava cosmică. Dacă gravitația este mai puternică într-un singur loc, atunci înseamnă că există ceva masiv sau dens sub norii vizibili din regiunea respectivă. Cercetând modificări subtile ale atracției gravitaționale, cercetătorii pot crea o hartă a densității planetei.
Juno are acum suficiente treceri sub centura de asteroizi pentru a începe să construiască o imagine globală a gigantului gazos.
Detaliile se îmbunătățesc cu fiecare perijove și începe să dezvăluie planeta ascunsă sub nori.
„Am stabilit că vânturile pe care le vedem în vârfurile norilor coboară aproximativ 2.000–3.000 km spre interiorul planetei. ”Spune dr. Fletcher.
„Amintiți-vă că vorbim despre o planetă care are o rază de peste 70.000 km, așa că vânturile lui Jupiter sunt cu adevărat doar scoica exterioară a planetei.”
Nava spațială este, de asemenea, echipată cu un magnetometru, care scanează imensul câmp magnetic al gigantului de gaz. De la prima orbită din jurul lui Jupiter, Juno a detectat câmpul magnetic al planetei care este mult mai puternic decât ne așteptam. Și acum, când s-au adunat suficiente date pentru a începe construirea unei hărți, o chestie ciudată începe să apară.
„Oamenii s-au referit la el ca la Marele Punct Albastru”, explică dr. Fletcher. „Nu este o furtună grozavă, cum este Marea Pata Roșie, ci o regiune în care toate aceste linii de câmp magnetic par să convergă, sau sunt divergente, creând un model ciudat în interiorul adânc al lui Jupiter.”
Câmpul din jurul Marii Pete Albastre pare să se schimbe de-a lungul timpului, ceea ce face Jupiter singura planetă în afară de Pământ unde am văzut un câmp magnetic dinamic. Observarea modului în care evoluează atmosfera în continuă schimbare a lui Jupiter este unul dintre obiectivele principale ale misiunii Juno.
Se speră că viziunile inedite ale planetei captate de sonda spațială se vor adăuga la deceniile de observații care au urmărit modul în care se schimbă aceasta în lungul său drum de 12 ani în jurul Soarelui și vor informa despre celelalte schimbări observate și pe perioade mai lungi.
De exemplu, echipa lui Fletcher a observat că, la fiecare șase până la șapte ani, un eveniment cunoscut sub numele de ciclu de perturbare a făcut ca ceața albă găsită la o altitudine înaltă să dispară, dezvăluind norii maro închis de dedesubt. Aceste cicluri creează fluxuri mari în zona ecuatorială a planetei și rămân vizibile timp de mai multe luni, iar conform modelului de șase-șapte ani, următorul va fi început în 2019.
„Observatorii Jupiterieni de pe Pământ sunt foarte încântați în acest moment, deoarece evenimentul este în plină desfășurare. Deci, prezicerea că vom vedea una dintre aceste tulburări ecuatoriale s-a dovedit a fi corectă, spune dr. Fletcher.
Cum se măsoară Marea pată roșie a lui Jupiter
Momentul a fost perfect. Nu numai că Juno este într-o poziție privilegiată pentru a obține o privire apropiată, dar evenimentul a început exact în momentul în care Jupiter a intrat în opoziție, punctul în care planeta este la cea mai apropiată distanță de Pământ și se pot realiza cele mai bune imagini.
Echipa Juno a colaborat cu astronomi profesioniști și amatori din întreaga lume care îl observă pe Jupiter. Mulți dintre acești astronomi de pe Pământ furnizează vederi ale planetei în lungimi de undă pe care Juno nu le poate detecta. Telescoapele utilizate de profesioniști, precum Telescopul spațial Hubble și Array-ul foarte mare, se ocupă de lumină la capetele îndepărtate ale spectrului (infraroșu și ultraviolet), în timp ce partea vizibilă a spectrului este acoperită de astronomii amatori. Și deși acest din urmă grup nu poate avea acces la telescoapele cu mai mulți metri pe care le au profesioniștii, pasiunea poate face diferența.
„Amatorii sunt răbdători și perseverenți, noaptea după noapte, luând imagini cu Jupiter pentru noi. Ne ajută să urmărim diferitele caracteristici atmosferice de pe planetă și ne permit să direcționăm observațiile lui JunoCam către anumite caracteristici de interes ”, explică dr. Fletcher.
JunoCam, singura cameră cu lumină vizibilă a navei spațiale, nu a fost niciodată concepută ca un instrument științific. În schimb, furnizează date de imagine din punctul său de vedere fără precedent, care este pus imediat la dispoziția oricui îl poate prelucra. În prezent, există o comunitate înfloritoare de voluntari, cu abilități de la editare de imagini până la expertize matematice, care lucrează împreună pentru a transforma datele brute colectate de JunoCam în imagini frumoase și științific utile.
„Echipa JunoCam în sine este minusculă. Nu au resurse pentru a procesa imaginile singură, așa că acesta a fost un exercițiu foarte reușit în a-i îmbarca pe toți acești oameni foarte pasionați și talentați și să se simtă ca o echipă mare care lucrează împreună ”, spune Dr. Fletcher.
Imaginile spectaculoase ale JunoCam au contribuit la păstrarea misiunii în atenția publicului, în ciuda faptului că aceasta a fost gândită doar pentru câteva luni, deoarece centurile de radiații extreme care înconjoară Jupiter pot distruge rapid componentele sensibile. Pentru a evita expunerea constantă, Juno urmărește o orbită extrem de eliptică, astfel încât nava spațială se scufundă în regiunea mortală doar câteva ore la fiecare 53 de zile. Chiar și cu această precauție, JunoCam era de așteptat să facă doar câteva pase apropiate. Dar trei ani mai târziu, continuă să fie puternic. Orbita neobișnuită are avantajul suplimentar de a-i oferi lui Juno o perspectivă neobișnuită a planetei. Din această perspectivă, Jupiter arată complet diferit. Au dispărut centurile cunoscute, înlocuite de furtuni uriașe. În nord, opt cicloni încercuiesc polul, în timp ce Polul Sud are doar cinci.
„[La poli] intrăm într-un regim complet diferit, care este dominat de aceste mici grupuri de furtuni și ciclonuri enorme”, subliniază Dr Fletcher.
„Încercarea de a veni cu o teorie asupra modului în care se trece de la centurile de nori ordonate la aceste furtuni îi va menține pe fizicienii meteorologi în priză pentru perioada următoare .”
Marea Pată Roșie a lui Jupiter se micșorează
Marea Pată Roșie a fost un accesoriu familiar al lui Jupiter timp de secole.
Maelstrom-ul este prins între Centura Ecuatorială de Sud la nord și o zonă albă spre sud și se întinde pe o distanță cam de 1,3 ori diametrul Pământului. Juno a petrecut mai multe dintre trecerile sale uitându-se la ea. Echipa speră că hărțile sale gravitaționale vor dezvălui în cele din urmă cât de mult se extinde furtuna, oferind o perspectivă asupra modului în care furtuna a făcut furori atât de mult timp. Dar furtuna ar fi fost pe cale să stingă? Ea este din ce în ce mai mică de mai mulți ani, dar această scădere s-a amplificat semnificativ în mai 2019.
Până la jumătatea lunii iunie, analiza imaginilor de amator a arătat că dimensiunea spotului s-a redus cu 3.000 km – aproximativ 20% din dimensiunea sa totală. Fragmente de furtună, denumite lame sau fulgi, se desprind de furtuna principală și se topesc în centurile și zonele înconjurătoare. Râurile de material întunecat par să curgă de pe loc, făcându-l să pară ca și cum furtuna se dezleagă. Este pentru prima dată când o astfel de activitate a fost văzută în jurul locului, iar astronomii, atât amatori, cât și profesioniști, o urmăresc cu un interes avid.
Următoarea vizită a lui Jupiter
Deși Juno este de așteptat să supraviețuiască dincolo de sfârșitul misiunii sale nominale în 2021, nava spațială nu poate dura pentru totdeauna. Din fericire, Agenția Spațială Europeană (ESA) proiectează deja misiunea de urmărire – Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE). După cum sugerează și numele, prioritatea acestei misiuni este de a privi sateliții lui Jupiter, dar va examina în continuare gigantul de gaze.
„Sunt două misiuni foarte diferite”, spune dr. Leigh Fletcher, membru al echipei Juno. „Dar JUICE este conceput pentru a fi complementar lui Juno. JUICE va privi în sus și în sus, în timp ce Juno se concentrează pe cloud în jos. ”
Înseamnă că, dacă Juno face o descoperire, există deja o misiune în dezvoltare care ar trebui să poată o prelua de la Juno atunci când va ajunge pe planetă, peste un deceniu.
„Un exemplu excelent îl reprezintă ciclonii la Polul Nord și Sud”, spune dr. Fletcher.
„În mai puțin de un deceniu de acum încolo și JUICE va fi acolo și va putea să ne spună dacă ciclonii aceștia mai există. Acesta va dezvălui dacă acestea sunt trăsături de lungă durată ale atmosferei joviene sau dacă sunt ceva trecător. ”
Gaz, timp și bani
Juno va continua să observe planeta atât timp cât va putea. Misiunea principală se va încheia în iulie 2021, dar există șansa de a o extinde dacă nava spațială este încă funcțională.
„Deși mediul de radiații a fost considerat ca fiind acel lucru care ar limita timpul de viață al navei spațiale, se pare că nu este așa”, spune dr. Fletcher. „Mediul de radiații nu a fost atât de dăunător cum am anticipat.”
Motorul lui Juno – construit de compania britanică Moog-ISP (care face parte din Nammo Westcott) – folosește propulsoare pentru manevră, ceea ce înseamnă că este mai puțin probabil să se piardă, așa cum i s-a întâmplat exploratorului lui Saturn, Cassini.
În schimb, Juno va cădea probabil victimă celui mai banal dintre aspecte: reducerea bugetului.
Echipa din spatele lui Juno va lupta în continuare pentru a menține misiunea funcțională cât mai mult timp.
Cu fiecare trecere, nava spațială continuă să ne perfecționeze viziunea asupra lui Jupiter și să ofere noi perspective asupra atmosferei în continuă evoluție a acestei planete uriașe.
***
Mihail stories 