Ио — самое геологически активное небесное тело в Солнечной системе. На нём расположено более 400 действующих вулканов. Такая активность обусловлена периодическим нагревом недр спутника из-за приливных гравитационных воздействий со стороны Юпитера и других его спутников — Европы и Ганимеда. У некоторых вулканов выбросы настолько сильны, что поднимаются на высоту до 500 километров и видны с Земли, но только в мощные телескопы.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

В отличие от большинства спутников во внешней части Солнечной системы, которые в основном состоят из водяного льда, Ио большей частью состоит из кремния, окружающего расплавленное ядро из железа и серы. Постоянно действующие вулканы придают поверхности Ио уникальные особенности. Вулканический пепел и потоки лавы постоянно изменяют поверхность и окрашивают её в различные оттенки жёлтого, белого, красного, чёрного и зелёного. Вулканические выбросы создают тонкую неоднородную атмосферу Ио и оставляют следы в магнитосфере Юпитера, в том числе огромный светящийся плазменный тор — облако в виде бублика, окружающее спутник.

В прошлом году доктор Джефф Моргенталер (Jeff Morgenthaler), изучающий вулканическую активность Ио, обнаружил признаки другого типа извержения — более мощного или более продолжительного. «Это захватывающее наблюдение, — сказала Эшли Дэвис (Ashley Davies), планетолог и вулканолог NASA. — Это показывает, что Ио, безусловно, является одним из самых изменчивых небесных тел в Солнечной системе, поэтому невозможно предсказать, как оно будет выглядеть, когда вы в очередной раз направите на него свой телескоп».

Огромную помощь в дальнейшем изучении Ио может оказать космический зонд NASA «Юнона», который находится на орбите Юпитера с 2016 года и должен пролететь буквально в 300 км от Ио в декабре этого года.

Поскольку Ио находится далеко от Солнца и имеет очень разреженную атмосферу, температура его поверхности в среднем составляет около -93 °C и он покрыт морозным слоем сернистых соединений. Продукты извержений вулканов, которые бывают разных форм и интенсивности, могут достигать температуры до 1370 °C. При соприкосновении перегретой лавы с сернистым льдом происходят взрывные извержения из трещин на поверхности, а фонтаны лавы выбрасываются в космос почти на километр.

Начиная с 2017 года доктор Моргенталер применил новый подход, сосредоточившись на изучении плазменного тора вокруг Ио в обсерватории ввода-вывода (IoIO) Института планетарных наук в Аризоне. В то время как инфракрасные телескопы показывают извержения вулканов на Ио, изучение плазменного тора вокруг спутника даёт представление о химическом составе извергаемых газов.

В течение нескольких лет Моргенталер отслеживал вулканическую активность с помощью IoIO и отмечал моменты повышенной концентрации или изменение цвета газов в плазменном торе. Эти изменения коррелируют с извержениями вулканов, интенсивность которых можно измерить по уровням натрия, выбрасываемого с Ио. Но с сентября по декабрь 2022 года, после крупного извержения вулкана, он заметил, что тор содержит гораздо меньше диоксида серы, чем можно было бы предположить по размеру извержения. Тор был не таким ярким, как ожидалось.

Это могло означать, что химический состав извержения отличался от других, то есть произошёл выброс веществ с другим химическим составом. Изучение аномалии может более подробно выявить различные типы вулканов на Ио, а также взаимодействие между плазменным тором и другими массивными спутниками Юпитера. Однако для того, чтобы сложить всё воедино, потребуется собрать намного больше данных, в том числе с других мощных телескопов на Земле, таких как космический телескоп «Джеймс Уэбб» и с космических аппаратов, таких как зонд NASA «Юнона».

В пятницу компания Airbus сообщила, что космическая межпланетная автоматическая станция Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) полностью собрана и готова к отправке на космодром и дальше в космос по пути к лунам Юпитера. Зонд массой 6,2 т будет отправлен в космос на европейской ракете-носителе Ariane 5 с космодрома Куру во Французской Гвиане. Путешествие до лун Юпитера займёт около 8 лет, а научная работа продлится чуть больше 4 лет.

Jupiter Icy Moons Explorer в представлении художника. Источник изображения: ESA / ATG Medialab

Генеральным подрядчиком по производству JUICE компания Airbus была выбрана в 2015 году. Последние полтора года аппарат JUICE проходил окончательную сборку и испытания во Франции на предприятии компании. Финальные мероприятия включали монтаж и компоновку огромной солнечной батареи площадью 100 м², которую разработала немецкая компания Azur Space. Над зондом, кстати, трудилось около 500 сотрудников Airbus и свыше 80 компаний со всей Европы.

На космодром зонд отправится в начале февраля, где его установят на одну из последних ракет Ariane 5. К концу 2023 года должны начаться лётные испытания и затем штатные полёты новой европейской ракеты-носителя Ariane 6. Отправка станции JUICE в апреле 2023 года станет славным завершением службы европейской космической лошадки.

Орбиты Юпитера станция JUICE должна достичь в июле 2031 года после серии гравитационных манёвров во внутренней части Солнечной системы. На борту аппарата будет 10 приборов для изучения магнитных полей и получения других данных в системе Юпитера и его спутников Ганимеда, Европы и Каллисто, подо льдом которых могут скрываться океаны. В число бортовых приборов входят камеры, радар, способный проникнуть в толщу льда и под него, датчики для измерения высоты и получения другой информации.

После почти трёх с половиной лет облёта Ганимеда, Европы и Каллисто на орбите Юпитера в декабре 2034 года космический аппарат должен будет выйти на орбиту вокруг Ганимеда, чтобы поближе рассмотреть самую большую луну Солнечной системы. После завершения миссии, стоимость которой оценивается примерно в 1,5 млрд евро ($1,6 млрд), ожидается, что JUICE упадёт на Ганимед в конце 2035 года, когда у него закончится топливо, необходимое для поддержания орбиты вокруг луны.

Это будет не единственная в ближайшие годы миссия в систему лун Юпитера. В 2024 году NASA запустит к его спутнику Европе зонд Europa Clipper. Станция выйдет к цели на год раньше миссии JUICE — в 2030 году. Аппаратура Europa Clipper будет искать признаки возможной биологической жизни в подлёдном океане Европы. Зонд JUICE также будет заниматься этим вопросом, вместе с решением более широкого круга задач.

14 декабря 2022 года во время 47-го сближения с Юпитером бортовое оборудование зонда NASA «Юнона» (Juno) получило заряд высокоэнергетических частиц в магнитосфере планеты и частично отказало. Сбой выразился в срыве передачи данных, собранных о луне Юпитера Ио. Команда NASA перевела зонд в безопасный режим 17 декабря и начала восстанавливать его, с чем в итоге успешно справилась.

Источник изображения: NASA

В NASA сообщили, что зонд возвращён к работе в штатном режиме. Почти все собранные при сближении с Юпитером данные по Ио сохранены и будут приняты на Земле в течение этой и следующей недели. Незначительная часть информации потеряна и восстановлению не подлежит. Память зонда надо очистить перед следующим пролётом мимо Юпитера и Ио, который состоится уже 22 января.

Основную научную программу зонд завершил в июле 2021 года после пяти лет пребывания на орбите Юпитера. Дополнительной миссией зонда стало изучение лун планеты-гиганта: Ганимеда, Европы, Каллисто и Ио. Ожидается, что аппарат будет собирать по ним информацию до 2025 года как минимум. В настоящее время зонд изучает Ио — самое вулканически активное небесное тело в нашей Солнечной системе. Некоторые извержения на Ио видны даже в земные телескопы. Ранее учёные получали снимки Ио с дистанций в десятки тысяч километров, но «Юнона» пройдёт мимо этой луны на удалении до 1500 км и получит картинку в самом высоком разрешении.

Полученные в последний проход мимо Юпитера и Ио фотографии последнего учёные сейчас принимают и вскоре обработают для публикации. Ждём их через неделю-другую. Это будут первые более или менее высококачественные снимки Ио в истории земной космонавтики.

В 530 световых годах от Земли астрономы с помощью телескопа Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) недавно обнаружили экзопланету, почти в три раза массивнее Юпитера, но расположенную намного ближе к своей звезде. Если бы на раскалённой планете могли выжить живые существа, они, вероятно, имели бы возможность праздновать Новый год чаще, чем раз в пять дней — настолько быстро вращается планета вокруг своей звезды.

Источник изображения: LoganArt/pixabay.com

Экзопланета TOI-778 b — образец т.н. «горячего Юпитера», потому как она очень похожа на крупнейшую планету Солнечной системы, но из-за близости к своей звезде на ней достаточно жарко, чтобы испарялось железо. TOI-778 находится на расстоянии всего 9 млн км от местной звезды, намного ближе, чем находится от Солнца Меркурий — в 46 млн км. Радиус планеты в 1,4 раза больше радиуса Юпитера, она примерно в 2,8 раза массивнее нашего газового гиганта. Год на TOI-778 b длится всего 4,6 дня, температура на поверхности оценивается в 1227 градусов по Цельсию.

Звезда, вокруг которой вращается TOI-778 b, на 71 % больше Солнца и на 40 % массивнее. Кроме того, звезда возрастом 1,95 млрд лет очень быстро вращается — около 40 км/с на экваторе. На её поверхности температура составляет порядка 6426–6525 градусов по Цельсию.

Планета TOI-778 b была замечена астрономами во главе с Джейком Т. Кларком (Jake T. Clark) с помощью телескопа TESS. Изучив около 200 тыс. близлежащих к нам звёзд, TESS пока обнаружил более 6 тыс. кандидатов в экзопланеты, представляющих интерес для исследователей, т.н. TESS Objects of Interest (TOI). Из числа данных TOI, статус экзопланет подтверждён у 282 объектов, добавленных в каталог из более 5000 известных планет за пределами Солнечной системы.

Новую планету удалось обнаружить, заметив спад светимости TOI-778 при прохождении планеты мимо диска звезды — если вести наблюдения из околоземного пространства. Принадлежность объекта к числу экзопланет была подтверждена дальнейшими исследованиями с помощью наземных телескопов и измерений характеристик по косвенным данным. Данные исследования опубликованы в репозитории статей ArXiv.

Две недели назад зонд NASA Juno («Юнона») совершил 47-е сближение с Юпитером. В этот проход помимо данных о газовом гиганте «Юнона» также собирала информацию о его спутнике Ио, известном своей сильной вулканической активностью. Но к огорчению команды учёных зонд не смог завершить передачу собранных научных данных из-за сбоя.

Зонд «Юнона» на фоне Юпитера в представлении художника. Источник изображения: NASA

После перезагрузки бортового компьютера «Юноны» 17 декабря зонд был переведён в безопасный режим. Собранные аппаратом данные полностью сохранились, и с 22 декабря команда NASA понемногу вытягивает с зонда эту информацию. Сегодня или завтра этот процесс будет завершён, и зонд попытаются перевести из безопасного режима в режим нормальной работы.

В NASA пока не могут со 100-процентной уверенностью назвать причину сбоя. Скорее всего, бортовое оборудование подверглось бомбардировке заряжёнными частицами, когда в процессе сближения «Юнона» проходила через магнитосферу Юпитера. Возможно, позже учёные дадут развёрнутое описание события.

Фото Ио, сделанное в 2022 году с расстояния 82 тыс. км. Источник изображения: NASA

Следующий пролет «Юноны» мимо Юпитера состоится 22 января 2023 года. Зонд находится на орбите газового гиганта с 2016 года. После завершения основной программы исследования этой планеты он занялся более плотным изучением его спутников. Ганимед и Европа уже исследовались приборами «Юноны». Теперь пришёл черёд Ио. Ждём интересных подробностей. В NASA подтверждают, что собранные 14 декабря данные по Ио, включая мониторинг поверхности с высоким разрешением, во время сбоя не пострадали.

Около четырёх десятилетий учёные используют космические аппараты и наземные телескопы для изучения погодных условий на Юпитере — самой большой планете Солнечной системы. В течение местного года, который эквивалентен 12 земным годам, на Юпитере фиксируются жаркие и холодные периоды, но они имеют иное происхождение по сравнению с сезонными изменениями на нашей планете.

Источник изображения: ESO / L.N. Fletcher

На Земле погодные изменения зимой, весной, летом и осенью происходят из-за наклона оси планеты к плоскости, в которой она вращается вокруг Солнца. Из-за наклона в 23° разные части земного шара получают разное количество солнечного света в течение года, что и приводит к возникновению сезонных изменений. В это же время ось Юпитера к плоскости орбиты имеет наклон всего 3°. Это означает, что количество попадающих на разные участки планеты солнечных лучей в течение всего длительного года практически не меняется. Несмотря на это, новое исследование показало, что вокруг покрытого облаками шара планеты происходят периодические температурные колебания.

«Мы решили одну часть головоломки, установив, что в атмосфере происходят эти естественные циклы. Для понимания причин возникновения этих закономерностей и почему они происходят в конкретные временные промежутки, нам нужно исследовать области выше и ниже облачных слоёв», — считает Ли Флетчер (Leigh Fletcher), астроном из Университета Лестера в Великобритании и один из участников нового исследования.

Учёные обнаружили признаки того, что изменения климата на Юпитере могут быть связаны с явлением, известным как телесоединение. Речь идёт о пространственных атмосферных структурах, которые связывают погодные и климатические аномалии на больших расстояниях. На нашей планете подобные явления впервые наблюдались ещё в XIX веке. Исследуя Юпитер, учёные установили, что при повышении температуры на определённых широтах в северном полушарии те же широты в южном полушарии остывают практически зеркально.

«Это было самым удивительным. Мы обнаружили связь между тем, как менялись температуры на очень далёких широтах. Это похоже на явление, которое мы наблюдаем на Земле, когда погодные и климатические условия в одном регионе могут оказывать заметное влияние на погоду в других местах, причём области изменчивости, похоже, связаны через огромные расстояния в атмосфере», — рассказал Гленн Ортон (Glenn Orton), планетолог из Лаборатории реактивного движения (JPL) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США.

Измерения также показали, что при повышении температуры в стратосфере, верхнем слое атмосферы Юпитера, она понижается в тропосфере, нижнем слое атмосферы, где и происходят разные погодные явления, включая мощные штормы. В исследовании использовались данные, собранные с 1978 года с помощью разных наземных телескопов, включая Очень большой телескоп (VLT) в Чили, Инфракрасный телескоп (IRTF) NASA и оптический телескоп Субару японской Национальной астрономической обсерватории на Гавайях. В исследовании также использовались данные космических аппаратов, включая зонды «Вояджер», которые пролетели мимо Юпитера в 1979 году, и «Кассини», который пролетел мимо Юпитера в 2001 году.

«Измерение этих температурных изменений и периодов во времени — это шаг к созданию полноценного прогноза погоды на Юпитере. Это удастся сделать, если мы сможем связать причину и следствие происходящего в атмосфере Юпитера. И ещё более важный вопрос связан с распространением полученных знаний на другие планеты-гиганты, чтобы попытаться увидеть проявление подобных закономерностей в других местах», — считает Ли Флетчер.

Учёные и раньше знали о существовании более холодных и тёплых областей на Юпитере, которые соответственно выглядят более белыми и коричневыми. Новое исследование, охватившее период в три юпитерианских года, впервые дало представление о том, как происходит изменение температуры в разных областях планеты-гиганта в разное время года.

После изучения спутников Юпитера — Ганимеда и Европы — принадлежащий NASA зонд «Юнона» (Juno) намерен исследовать ещё одну луну газового гиганта. Речь идёт о таинственной Ио, на которой высока вулканическая активность.

Фото Ио, сделанное в 2022 году. Источник изображения: NASA

«Юнона», находящаяся на орбите Юпитера с 2016 года, вчера получила команды из NASA на проведение «фотосессии» с Ио. Спутник Юпитера размером с земную Луну останется в центре внимания зонда в течение следующих полутора лет, «Юнона» совершит девять облётов небесного тела, в двух случаях зонд будет пролетать в 1500 км от его поверхности. Для сравнения, капсула Orion, облетавшая Луну в рамках миссии Artemis I, пролетала от поверхности всего в 130 км. Тем не менее, как сообщает NASA, миссия позволит впервые провести мониторинг покрытого магмой спутника с высоким разрешением, что даст возможность подробнее изучить вулканы Ио и то, как извержения вулканов связаны с мощным магнитным полем Юпитера.

«Юнона» уже участвовала в кратковременном исследовании Ио. В июне 2022 года зонд пролетел от спутника на расстоянии около 80 тыс. км. Известно, что Ио сильно отличается от лун вроде Ганимеда и Европы, под ледяной поверхностью которых, как считается, скрываются океаны воды, возможно, имеющие примитивные формы жизни.

Поверхность Ио покрыта озёрами лавы, вырывающейся из сотен вулканов, разбросанных по поверхности луны — некоторые из вулканических гейзеров, по данным NASA, выбрасывают лаву на десятки километров. Хотя непохоже, чтобы на Ио присутствовала какая-либо жизнь, учёным всё-таки хочется рассмотреть космический объект поближе — это самое тектонически активное тело во всей Солнечной системе. Наблюдения Ио будут проводиться в рамках расширенной миссии «Юноны», начавшейся в 2021 году.

Хотя сенсоры «Юноны» оптимизированы для исследования самого Юпитера, они показали блестящие результаты и при изучении его лун — в 2021 году получены данные о поверхности Ганимеда, его магнитном поле и других характеристиках. Осенью 2022 года связанная с облётом Европы миссия позволила впервые увидеть «трёхмерные» изображения холодной поверхности объекта. Более того, микроволновый радиометр «Юноны» (MWR) дал возможность команде учёных впервые «заглянуть» под ледяную поверхность Европы и Ганимеда. Благодаря ему удалось изучить структуру, чистоту и температуру водяного льда на обеих лунах, а также их океаны на глубинах до 24 км. При сопоставлении данных MWR и снимков поверхности выяснилось, что разница между типами рельефа не только поверхностная. Молодые, яркие структуры оказались холоднее более тёмных.

Изучением Юпитера учёные занимаются не первое десятилетие, туда регулярно отправляются космические зонды. В апреле 2023 года должна стартовать миссия European Jupiter Icy Moons Explorer (Juice). Впрочем, пройдёт восемь лет, пока новый зонд достигнет пункта назначения.

Научный волонтёр Томас Томопулос (Thomas Thomopoulos) из необработанных снимков космического аппарата NASA Juno создал интересное изображение тени спутника Ганимеда на облачном покрове Юпитера. По сути это факт солнечного затмения, которое можно было бы наблюдать со стороны планеты-гиганта. Возможно, в далёком будущем это зрелище будет регулярно радовать глаз обитателей космической станции на орбите Юпитера, ведь вокруг него вращается четыре больших луны.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS, Image processing by Thomas Thomopoulos CC BY

Представленное выше изображение тени Ганимеда на облачном покрове Юпитера получено из серии рабочих снимков камерой JunoCam аппарата Juno («Юнона»), который сделал их 25 февраля 2022 года в 40-й проход вблизи Юпитера на высоте 71 тыс. км от его облаков. В этот момент аппарат был на расстоянии в 15 раз ближе к Юпитеру, чем Ганимед, который движется по орбите вокруг планеты-гиганта на удалении около 1,1 млн км. Подобное изображение опубликовано впервые.

Затейливые узоры на покрове Юпитера — это облака из воды и аммиака в атмосфере из водорода и гелия. Одна эта планета-гигант почти в два раза массивнее всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых. На орбите Юпитера находятся два места сосредоточения ископаемых астероидов — так называемых троянских. Это свалка древностей эпохи зарождения Солнечной системы. Туда сейчас отправлен зонд «Люси». На Юпитере и в его окрестностях есть, на что посмотреть. Через 10-15 лет земная наука всерьёз займётся изучением Юпитера и его лун. Не исключено, что там даже может быть жизнь в подлёдных океанах одного из его спутников — на Европе.