NASAs Juno-navigatorer gør det muligt at opdage Jupiter-cyklonen

Jupiters sydpol har en ny cyklon. Opdagelsen af ​​den massive jovianske storm fandt sted den 3. november, 2019, under Jupiters seneste dataindsamlingsflyvning af NASAs Juno-rumfartøj. Det var den 22. forbiflyvning, hvor det soldrevne rumfartøj indsamlede videnskabelige data om gasgiganten, skyhøje kun 2, 175 miles (3, 500 kilometer) over dens skytoppe. Flybyen markerede også en sejr for missionsholdet, hvis innovative tiltag holdt det soldrevne rumfartøj fri af, hvad der kunne have været en mission-slutende formørkelse.

"Kombinationen af ​​kreativitet og analytisk tænkning har igen givet pote for NASA, " sagde Scott Bolton, Juno hovedforsker fra Southwest Research Institute i San Antonio. "Vi indså, at banen ville bringe Juno ind i Jupiters skygge, hvilket kan få alvorlige konsekvenser, fordi vi er solcelledrevne. Intet sollys betyder ingen strøm, så der var en reel risiko for, at vi kunne fryse ihjel. Mens holdet forsøgte at finde ud af, hvordan man sparer energi og holder vores kerne opvarmet, ingeniørerne fandt på en helt ny vej ud af problemet:Spring Jupiters skygge. Det var intet mindre end en navigationsgenistreg. Se og se, første ting ud af porten på den anden side, vi gør en anden grundlæggende opdagelse."

Da Juno første gang ankom til Jupiter i juli 2016, dets infrarøde kameraer og kameraer med synligt lys opdagede gigantiske cykloner, der omkransede planetens poler - ni i nord og seks i syd. Var de, som deres jordiske søskende, et forbigående fænomen, tager det kun uger at udvikle og derefter ebbe ud? Eller kunne disse cykloner, hver næsten lige så bred som det kontinentale USA, være mere fast inventar?

Med hver forbiflyvning, dataene forstærkede ideen om, at fem vindstorme hvirvlede i et femkantet mønster omkring en central storm på sydpolen, og at systemet virkede stabilt. Ingen af ​​de seks storme viste tegn på at give efter for at tillade andre cykloner at deltage.

"Det så næsten ud som om polarcyklonerne var en del af en privat klub, der så ud til at modstå nye medlemmer, " sagde Bolton.

Derefter, under Junos 22. videnskabspas, en ny, mindre cyklon kom til live og kom med i kampen.

Livet af en ung cyklon

"Data fra Junos Jovian Infrared Auroral Mapper [JIRAM] instrument indikerer, at vi gik fra en femkant af cykloner, der omgiver en i midten, til et sekskantet arrangement, " sagde Alessandro Mura, en Juno-medforsker ved National Institute for Astrophysics i Rom. "Denne nye tilføjelse er mindre i statur end dens seks mere etablerede cykloniske brødre:Den er omtrent på størrelse med Texas. Måske vil JIRAM-data fra fremtidige forbiflyvninger vise, at cyklonen vokser til samme størrelse som dens naboer."

Undersøger vejrlaget ned til 30 til 45 miles (50 til 70 kilometer) under Jupiters skytoppe, JIRAM fanger infrarødt lys, der kommer dybt inde fra Jupiter. Dens data indikerer vindhastigheder for den nye cyklon i gennemsnit 225 mph (362 km/t) - sammenlignelig med hastigheden fundet i dens seks mere etablerede polarkolleger.

Rumfartøjets JunoCam opnåede også billeder i synligt lys af den nye cyklon. De to datasæt kaster lys over atmosfæriske processer af ikke kun Jupiter, men også andre gasgiganter Saturn, Uranus og Neptun såvel som dem fra kæmpe exoplaneter, der nu opdages; de kaster endda lys over atmosfæriske processer af Jordens cykloner.

"Disse cykloner er nye vejrfænomener, som ikke er blevet set eller forudsagt før, " sagde Cheng Li, en Juno-forsker fra University of California, Berkeley. "Naturen afslører ny fysik vedrørende flydende bevægelser, og hvordan kæmpe planetatmosfærer fungerer. Vi begynder at forstå det gennem observationer og computersimuleringer. Fremtidige Juno-byflugter vil hjælpe os yderligere med at forfine vores forståelse ved at afsløre, hvordan cyklonerne udvikler sig over tid."

Skyggespring

Selvfølgelig, den nye cyklon ville aldrig være blevet opdaget, hvis Juno var frosset ihjel under formørkelsen, da Jupiter kom mellem rumfartøjet og Solens varme- og lysstråler.

Juno har navigeret i det dybe rum siden 2011. Den gik ind i et indledende 53-dages kredsløb om Jupiter den 4. juli, 2016. Oprindeligt, missionen planlagde at reducere størrelsen af ​​dens kredsløb et par måneder senere for at forkorte perioden mellem videnskabens flybybys af gasgiganten til hver 14. dag. Men projektholdet anbefalede NASA at give afkald på hovedmotorforbrændingen på grund af bekymringer om rumfartøjets brændstofforsyningssystem. Junos 53-dages kredsløb giver al den videnskab, som oprindeligt var planlagt; det tager bare længere tid at gøre det. Junos længere liv på Jupiter er det, der førte til behovet for at undgå Jupiters skygge.

"Lige siden den dag, vi gik ind i kredsløb omkring Jupiter, vi sørgede for, at den forblev badet i sollys 24/7, " sagde Steve Levin, Juno-projektforsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Vores navigatører og ingeniører fortalte os, at en dag med regning var på vej, når vi ville gå ind i Jupiters skygge i omkring 12 timer. Vi vidste, at i så lang tid uden strøm, vores rumfartøj ville lide en lignende skæbne som Opportunity roveren, da Mars himmel fyldtes med støv og blokerede Solens stråler fra at nå sine solpaneler."

Uden at solens stråler giver kraft, Juno ville blive kølet under testede niveauer, til sidst dræner dets battericeller uden at blive genoprettet. Så navigationsteamet udtænkte en plan for at "springe i skyggen, "manøvrere rumfartøjet lige nok, så dets bane ville gå glip af formørkelsen.

"I det dybe rum, du er enten i sollys eller er ude af sollys; der er virkelig ingen midt imellem, " sagde Levin.

Navigatørerne beregnede, at hvis Juno udførte en raketafbrænding uger før den 3. november, mens rumfartøjet var så langt i sin bane fra Jupiter, som det kommer, de kunne ændre dens bane nok til at give formørkelsen slip. Manøvren ville bruge rumfartøjets reaktionskontrolsystem, som oprindeligt ikke var beregnet til at blive brugt til en manøvre af denne størrelse og varighed.

Den 30. sept. klokken 19.46. EDT (16:46 PDT), brændingen af ​​reaktionskontrolsystemet begyndte. Det sluttede 10½ time senere. Fremdriftsmanøvren - fem gange længere end nogen tidligere brug af dette system - ændrede Junos kredsløbshastighed med 126 mph (203 km/t) og forbrugte omkring 160 pund (73 kg) brændstof. Fireogtredive dage senere, rumfartøjets solarrays fortsatte med at omdanne sollys til elektroner uformindsket, da Juno forberedte sig på at skrige endnu en gang over Jupiters skytoppe.

"Takket være vores navigatører og ingeniører, vi har stadig en mission, " sagde Bolton. "Det, de gjorde, var mere end blot at gøre vores cyklonopdagelse mulig; de muliggjorde de nye indsigter og åbenbaringer om Jupiter, der ligger foran os."