Ученые NASA рассказали, как «Juno» поможет в изучении экзопланет

Наша Галактика – дом огромного разнообразия подобных Юпитеру миров: горячих, холодных, гигантских версий самой большой планеты Солнечной системы. Астрономы говорят, что только в одном Млечном Пути миллиард или даже больше таких юпитеров, вращающихся вокруг других звезд. Мы можем использовать их, чтобы получить глубокое понимание Солнечной системы и нашей галактической среды, в том числе перспектив обнаружения жизни.

Оказывается, обратное тоже верно. Мы можем изучать наши планеты-гиганты, чтобы узнать больше о тех далеких мирах. Сейчас у нас есть лучший шанс сделать это. Зонд NASA «Juno» размером с баскетбольную площадку начал серию длинных оборотов вокруг Юпитера. «Juno» получит самые детальные изображения планеты-гиганта, а набор его научных инструментов проникнет в тайны бурливой атмосферы.

Если однажды мы сможем изучать межзвездное пространство вокруг экзоюпитеров в десятках или сотнях световых лет от Земли, то произойдет это очень нескоро. Подробное изучение Юпитера с помощью «Juno» может обеспечить способность проникновения в суть истории и будущего Солнечной системы.

На текущий момент мы имеем сотни подтвержденных экзопланет размером приблизительно с Юпитер. Так называемые «горячие юпитеры» приобрели свое название из-за их нахождения на крайне тесных орбитах вокруг своих звезд. Целый год на таких планетах занимает всего несколько земных дней.

Но почему же в Солнечной системе нет «горячих юпитеров»? Или эта судьба ждет наш Юпитер спустя миллиарды лет, если он будет двигаться по спирали по направлению к Солнцу? Или может будущее Солнце так увеличится, что приблизится к планетам-гигантам? Все же ученые считают, что такие планетарные миграции происходят в начале жизни звездной системы. «Чтобы происходила миграция, внутри системы должен быть материал в виде пыли. Это пройденный этап для Солнечной системы», – говорит Дэвид Киарди, астроном центра по изучению экзопланет NExSci в Калифорнийском технологическом институте (США).

Данные, собранные «Juno», могут помочь решить вопрос влияния Юпитера на формирование Земли и, соответственно, других «земель», разбросанных среди звезд.

«Космический аппарат «Juno» измерит водяной пар в атмосфере Юпитера, что позволит получить данные о содержании в ней кислорода. Кислород, предположительно, коррелируют с начальным местоположением возникновения Юпитера», – сказала Элиса Кинтана, научный сотрудник Научно-исследовательского центра Эймса в Моффетт-Филд (США).

Если формирование Юпитера началось в его нынешнем местоположении, то это потребовало бы много водяного льда, доставившего на планету более тяжелые элементы. Но, если он образовался на дальних рубежах Солнечной системы, а затем мигрировал внутрь, то мог образоваться изо льда с большим количеством тяжелых элементов и меньшим количеством воды. Измерение воды является ключевым шагом в понимании того, как и где сформировался Юпитер. Вот так микроволновой радиометр «Juno», который будет измерять водяной пар, может раскрыть древнюю историю Юпитера.

Космический аппарат NASA «Galileo», погрузившись в атмосферу гиганта в 1995 году, обнаружил сильные ветры и турбулентность, но ожидаемая вода отсутствовала. Ученые считают, что погружение зонда произошло в сухой зоне атмосферы, но «Juno» будет обследовать всю планету.

Место и время рождения Юпитера может также ответить на вопросы о периоде ударов и столкновений между планетезималями в ранней истории Солнечной системы. Наша система была чрезвычайно невезучей на первых периодах формирования, не совсем «бильярдный стол», но все же место активного взаимодействия космических тел. «Безусловно, это было жестокое время. Столкновения продолжались десятки миллионов лет», – говорит Кинтана.

Часть исследований Элисы Кинтана включает в себя компьютерное моделирование формирования планет и звездных систем. Кинтана уже смоделировала формирование нашей Солнечной системы с Юпитером и без, что дало удивительные результаты.

«В течение долгого периода считалось, что Юпитер имеет важное значение для обитаемости, поскольку он мог защищать Землю от постоянных воздействий в первые дни Солнечной системы. То, что мы обнаружили в наших симуляциях, почти полностью противоположно этому. При добавлении Юпитера в модель аккреция происходила быстрее, и воздействие на Землю становилось гораздо более энергичным», – говорит она.

Другое важное измерение «Juno» может пролить свет на темную историю формирования планет с помощью гравитационного эксперимента. Изменения в частоте радиосигналов от аппарата позволит составить карту гравитационного поля планеты-гиганта.

Картирование магнитного поля также поможет определить правдоподобность сценариев внеземной жизни за пределами Солнечной системы. Магнитное поле Земли считается важным для жизни, потому что действует как защитный щит, отражая потенциально вредные заряженные частицы и космическое излучение от поверхности. «Если экзоюпитер вращается вокруг своей звезды на расстоянии, где может существовать жидкая вода, сама планета не будет обитаемой, но ее спутники потенциально могут скрывать жизнь», – сказал Киарди.

Результаты миссии «Juno» имеют важное значение не только для понимания того, как экзоюпитеры влияют на формирование экзоземель или других видов планет, пригодных для жизни. Они также необходимы для следующего поколения космических телескопов, которые будут охотиться на чужие миры. Телескоп «TESS» будет проводить обследование близлежащих ярких звезд, начиная с июня 2018 года. Космический телескоп «James Webb», стартующий в 2018 году, а также «WFIRST», запуск которого предполагается в середине 2020-х годов, попытаются получить прямые изображения гигантских планет, вращающихся вокруг других звезд.

«Изучение нашей Солнечной системы необходимо для изучения экзопланет, а изучение экзопланет – для познания Солнечной системы. Эти исследования идут рука об руку», – заключил Дэвид Киарди.