Badania i odkrycia - Jowisz

Jeśli jest to prawda, to odkrycie to wyprzedza osiągnięcia Galileusza o prawie dwa tysiąclecia^[58][59]. Jest to możliwe, ponieważ wszystkie księżyce galileuszowe mogą być w sprzyjających warunkach obserwowane gołym okiem, choć zwykle giną w blasku Jowisza.

Naziemne obserwacje teleskopowe

W 1610 włoski astronom Galileusz odkrył, za pomocą skonstruowanego przez siebie teleskopu, cztery największe księżyce Jowisza: Io, Europę, Ganimedesa i Kallisto – dziś zwane księżycami galileuszowymi. Odkrycie to uważane jest za pierwszą teleskopową obserwację księżyców innych niż ziemski. Obserwacja Galileusza była również pierwszym dowodem na to, że ruch ciał niebieskich nie odbywa się tylko i wyłącznie dookoła Ziemi. Stało się ono ważnym argumentem na rzecz kopernikańskiej teorii heliocentrycznej; otwarte poparcie teorii Kopernika przez Galileusza spowodowało interwencję inkwizycji^[60].

W latach 60. XVII wieku, Giovanni Cassini przy użyciu nowego teleskopu zaobserwował plamy i kolorowe pasy na Jowiszu, a także zauważył, że planeta jest spłaszczona na biegunach. Był także w stanie oszacować okres obrotu planety^[7]. W 1690 Cassini zauważył, że atmosfera ulega rotacji różnicowej^[20].

Wielka Czerwona Plama, niezwykle charakterystyczny i wyraźny element tarczy Jowisza, znajdujący się na południowej półkuli planety, być może została zaobserwowana już w 1664 przez Roberta Hooke'a i w 1665 przez Cassiniego, choć jest to dyskusyjne. Najstarszy znany rysunek Wielkiej Czerwonej Plamy wykonał farmaceuta Heinrich Schwabe w 1831^[61].

Wielka Czerwona Plama była podobno kilkakrotnie niewidoczna między 1665 i 1708 rokiem, zanim ponownie stała się bardzo dobrze widoczna w 1878. Ponownie blaknięcie miało miejsce w 1883 i na początku XX wieku^[62]. Mogło to być skutkiem przejściowego zmniejszenia intensywności tego antycyklonu, któremu barwę nadaje, jak się sądzi, ciemniejszy materiał wynoszony z głębszych warstw atmosfery.

Zarówno Cassini, jak i Giovanni Borelli starannie przygotowywali tabele ruchów księżyców Jowisza, które pozwalają przewidzieć czas, gdy księżyce znajdą się przed lub za planetą. W latach 70. XVII w. zaobserwowano jednak, że gdy Jowisz znajdował się po przeciwnej stronie Słońca niż Ziemia, wydarzenia te mogą się pojawić około 17 minut później, niż oczekiwano. Ole Rømer wywnioskował, że obserwacja nie następuje n^{atychmiastowo (wyjaśnienie to wcześniej zostało odrzucone przez Cassiniego[7]}), a obserwowana rozbieżność może być użyta do oceny prędkości światła^[63].

W 1892 E. E. Barnard odkrył piątego satelitę Jowisza za pomocą 36-calowego (910 mm) refraktora w Lick Observatory w Kalifornii. Odkrycie tego stosunkowo niewielkiego obiektu świadczyło o jego dobrym wzroku i szybko uczyniło go sławnym. Księżyc został później nazwany Amaltea^[64]. To był ostatni księżyc odkryty bezpośrednio poprzez obserwację wzrokową^[65]. Kolejnych osiem księżyców odkryła sonda Voyager 1, podczas przelotu w pobliżu Jowisza w 1979.

W 1932 Rupert Wildt zidentyfikował linie spektralne amoniaku i metanu w widmie Jowisza^[66].

Trzy białe owale w Południowym Pasie Umiarkowanym atmosfery Jowisza, będące silnymi antycyklonami, zostały zaobserwowane w 1938. Przez kilka dziesięcioleci pozostawały wyraźnie widoczne, co pewien czas zbliżając się, lecz pozostając oddzielnymi tworami. W 1998 dwa spośród tych owali zlały się w jeden układ burzowy, który następnie wchłonął trzeci biały owal w 2000, stając się Owalem BA^[67]. Od tamtego czasu burza przybrała na sile, m.in. zmieniając kolor z białego na czerwony.

Obserwacje radiowe Jowisza

W 1955 Bernard Burke i Kenneth Franklin wykryli wybuchy sygnałów radiowych pochodzących z Jowisza, o częstotliwości 22,2 MHz[20]. Okres tych błysków odpowiadał obrotowi planety, co pozwoliło poprawić dokładność wyznaczenia prędkości obrotu. Wybuchy radiowe na Jowiszu występują w dwóch postaciach: wybuchy długie (L-wybuchy) trwające do kilku sekund i wybuchy krótkie (S-wybuchy), których okres jest krótszy niż jedna setna sekundy^[68].

Naukowcy odkryli, że istnieją trzy formy sygnałów radiowych emitowanych przez Jowisza.

• Dekametrowe wybuchy radiowe (długości fal rzędu dziesiątek metrów) zmieniają się z obrotem Jowisza, ma na nie wpływ oddziaływanie Io z polem magnetycznym planety^[69].
• Decymetrowa emisja radiowa (długości fal rzędu centymetrów, decymetrów) została zaobserwowana przez Franka Drake'a i Hein Hvatum w 1959^[20]. Sygnał ten pochodził z toroidalnego pasa położonego w płaszczyźnie równika Jowisza. Przyczyną jego istnienia jest promieniowanie cyklotronowe emitowane przez elektrony, przyspieszane w polu magnetycznym planety^[70].
• Promieniowanie cieplne jest wypromieniowywane przez atmosferę Jowisza^[20].

Badania i wyprawy

Od 1973 kilka sond kosmicznych odwiedziło Jowisza. Pierwszą z nich był Pioneer 10. Sonda przeleciała na tyle blisko Jowisza, by zaobserwować właściwości i zjawiska zachodzące na największej planecie Układu Słonecznego^[71][72]. Loty do innych planet są realizowane kosztem energii, która jest często opisywana przez parametr delta-v, czyli zmianę prędkości netto statku kosmicznego. Dotarcie do Jowisza z Ziemi wymaga delta-v równego 9,2 km/s[73], która jest porównywalna do wartości delta-v koniecznej do osiągnięcia niskiej orbity Ziemi, równej 9,7 km/s^[74]. Na szczęście przy lotach międzyplanetarnych może być stosowana asysta grawitacyjna, która pozwala zaoszczędzić energię, jednak kosztem znacznie dłuższego czasu trwania lotu^[73].

Misje badawcze

Od 1973 kilka sond kosmicznych dokonało przelotu koło planety, zbliżając się na odległość dogodną do obserwacji Jowisza. Program Pioneer przyniósł pierwsze zdjęcia atmosfery planety i jej kilku księżyców. Odkryto, że promieniowanie w pobliżu planety było znacznie silniejsze niż oczekiwano, ale obu sondom udało się przetrwać w tym środowisku. Pomiary trajektorii sond zostały wykorzystane do poprawienia dokładności wyznaczenia masy Jowisza. Przesłonięcie sygnałów radiowych przez planetę pomogło lepiej określić średnicę Jowisza i jego spłaszczenie^[13][76].

Sześć lat później Voyager wykonał znacznie lepsze zdjęcia księżyców Jowisza i odkrył system jego pierścieni. Wielka Czerwona Plama okazała się ogromnym stałym antycyklonem. Porównanie wykazało, że Czerwona Plama zmieniła kolor od czasu misji Pioneer – z pomarańczowego na ciemnobrązowy. Odkryto strumień zjonizowanych atomów na orbicie Io, a na jej powierzchni znaleziono ślady wybuchów wulkanów; niektóre z nich były nawet aktywne w czasie misji. Podczas lotu Voyager przeleciał nad nocną, niewidoczną z Ziemi stroną planety, obserwując błyskawice w atmosferze^[6][13].

Kolejną misją wysłaną w kierunku Jowisza była sonda Ulysses, wykorzystała ona manewr grawitacyjny w pobliżu Jowisza do osiągnięcia orbity wokół Słońca. Podczas tego przelotu sonda prowadziła badania magnetosfery Jowisza. Jednak Ulysses nie posiada kamer i nie mógł wykonać zdjęć. Drugi przelot odbył się sześć lat później, w dużo większej odległości od planety^[75].

W 2000 roku sonda Cassini, w drodze do Saturna, przeleciała w pobliżu Jowisza i przekazała jedne z najlepszych zdjęć, o najwyższej rozdzielczości, w historii badań planety. 19 grudnia 2000 roku sonda sfotografowała księżyc Himalia, ale rozdzielczość była zbyt niska, aby uwidocznić jakiekolwiek szczegóły powierzchni^[77].

Sonda New Horizons, w drodze do Plutona przeleciała blisko Jowisza, dokonując obserwacji planety, jej księżyców i pierścieni. Największego zbliżenia dokonała 28 lutego 2007 roku^[78]. Czujniki sondy zmierzyły produkcję plazmy, pochodzącej z wulkanów na Io; sonda zbadała wszystkie cztery galileuszowe księżyce, jak również obserwowała z dystansu zewnętrzne księżyce: Himalię i Elarę^[79]. Fotografowanie systemu Jowisza rozpoczęła 4 września 2006 roku^[80][81].

Misja Galileo

Jak dotąd (2010) jedyną sondą na orbicie Jowisza był Galileo, który wszedł na orbitę wokół planety 7 grudnia 1995 roku. Krążył tam przez ponad siedem lat, wykonując wiele przelotów nad wszystkimi księżycami galileuszowymi i Amalteą. Statek był również świadkiem uderzenia komety Shoemaker-Levy 9, gdy zbliżyła się do Jowisza w 1994 roku, dając unikalną okazję do obserwowania tego zdarzenia. Jakkolwiek ilość informacji, przesłanych przez sondę Galileo, była ogromna, to przewidziana przepustowość łącza radiowego była ograniczona przez nie w pełni rozwiniętą antenę o wysokim wzmocnieniu^[82].

Próbnik atmosferyczny został wypuszczony z sondy w lipcu 1995 roku, wchodząc w atmosferę planety 7 grudnia. Podczas opadania na spadochronie przez 150 km atmosfery, zbierał dane przez 57,6 minuty nim został zmiażdżony przez ciśnienie (około 22 razy większe niż ziemskie, przy temperaturze 153 °C)^[83]. W dalszej kolejności uległ stopieniu i prawdopodobnie wyparował. Orbiter Galileo również czekał ten sam los, chociaż szybszy, kiedy sonda została celowo skierowana na kurs kolizyjny z planetą 21 września 2003 roku, z prędkością powyżej 50 km/s. Naukowcy zdecydowali się na ten krok, aby uniknąć jakiejkolwiek możliwości uderzenia i ewentualnego skażenia Europy – księżyca, na którym przypuszczalnie panują warunki pozwalające na istnienie życia^[82].

Misje przyszłe i odwołane

NASA planuje misję, która będzie przeprowadzała szczegółowe badania Jowisza z orbity okołobiegunowej. Wystrzelenie sondy Juno jest planowane na sierpień 2011 roku^[84].

Europa Jupiter System Mission (EJSM) jest wspólnym przedsięwzięciem NASA i ESA, mającym na celu zbadanie Jowisza i jego księżyców. W lutym 2009 roku ogłoszono, że ESA i NASA dały misji pierwszeństwo przed konkurencyjną misją Titan Saturn System Mission (TSSM) do układu Saturna[85][86]. Wkład ESA stanie w obliczu konkurencji finansowej z innymi projektami ESA[87]. Wystrzelenie sond jest planowane około 2020 roku. EJSM ma się składać z kierowanego przez NASA Jupiter Europa Orbiter oraz kierowanego przez ESA Jupiter Ganymede Orbiter^[88].

Ze względu na możliwość istnienia pod powierzchnią ciekłych oceanów na księżycach galileuszowych: Europie, Ganimedesie i Kallisto, zainteresowanie szczegółowymi badaniami tych lodowych księżyców jest ogromne. Trudności z finansowaniem opóźniły jednak postępy. Zaprojektowany przez NASA Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) został odwołany w 2005 roku^[89]. Europejska Agencja Kosmiczna rozważała także misję Jovian Europa Orbiter^[90]. Projekty te zostały zastąpione przez wspólnie przygotowywaną misją EJSM.

Źródło: Wikipedia (autorzy, na licencji CC-BY-SA 3.0)