Вихри облаков, окрашенные в нежные оттенки оранжевого, кремового и коричневого, сплетаются в сложный узор. Гигантское Красное Пятно, шторм чья площадь превышает размер Земли. Юпитер манит своей мощью и великолепием. И у многих глядя на эту красоту возникает простой и естественный вопрос, а можно ли там приземлиться? Можно ли пройтись по этим облакам как по земле и посмотреть на это удивительное небо изнутри?
Путешествие к Юпитеру и тем более попытка спуска в его атмосферу это не просто сложная инженерная задача, это погружение в самый настоящий научный кошмар. В самое опасное место в Солнечной системе не считая конечно самого Солнца.
В знаменитом научно фантастическом романе Артура Кларка звучит предупреждение, касающееся спутника Юпитера Европы: не пытайтесь здесь приземлиться. Но это предостережение в полной мере относится и к самой планете.
Иллюзия поверхности. Бесконечное падение
Главное, что нужно знать о Юпитере, это главное отличие его природы от природы нашей Земли. Земля, Марс, Венера и Меркурий это планеты земной группы. У них есть твердая поверхность, кора, по которой можно ходить. Юпитер же, как и Сатурн, Уран и Нептун, это газовый гигант. Это совершенно другой тип мира.
У Юпитера нет поверхности в нашем привычном понимании. Совсем. Нет никакой твердой земли, скрытой под облаками. Попытка приземлиться на Юпитер похожа на попытку приземлиться на облако на Земле. Вы просто провалитесь сквозь него. Но падение в его атмосферу будет совсем не похоже на легкое скольжение сквозь туман.
Представьте, что вы на космическом корабле входите в верхние слои атмосферы Юпитера. Сначала вы будете лететь сквозь очень разреженный газ, состоящий в основном из водорода и гелия. По мере погружения плотность газа вокруг вас будет стремительно нарастать. Очень скоро атмосфера станет такой же плотной, как воздух на Земле. Ученые условно приняли этот уровень, где давление составляет один бар, то есть равно земному атмосферному давлению на уровне моря, за нулевую отметку высоты. Это своего рода условная поверхность для измерений. Это просто точка отсчета в бесконечном океане газа.
Продолжая падение, вы заметите, что атмосфера становится все гуще и гуще. Газ превратится в плотную, горячую субстанцию, похожую на туман или жидкость. Ваше падение будет замедляться, но не остановится. Вы будете погружаться в этот океан, где граница между газом и жидкостью полностью размыта. Это состояние вещества называется сверхкритической жидкостью. Оно не является ни газом, ни жидкостью в привычном нам смысле, а обладает свойствами и того, и другого. И этот океан не имеет дна. Он простирается на десятки тысяч километров вглубь планеты.
Таким образом, первая и главная причина, по которой прогулка по Юпитеру невозможна, это отсутствие самой поверхности для прогулки. Любой объект, попавший в его атмосферу, обречен на бесконечное падение в бездну, где его ждут условия, превосходящие все, что мы можем воссоздать на Земле.
Экскурсия по ядовитому небу. Облака, ветры и молнии
Представим, что у нас есть аппарат, способный выдерживать это падение. Что он увидит, пролетая сквозь видимые нам облачные слои? Эта картина будет одновременно прекрасной и ужасающей.
Атмосфера Юпитера не однородна. Она разделена на множество слоев, как гигантский слоеный пирог. Ученые выделяют три основных облачных яруса. Самый верхний слой, который мы видим как ярко белые зоны, состоит из кристаллов замерзшего аммиака. Температура здесь очень низкая, около минус 150 градусов Цельсия.
Пробившись сквозь этот аммиачный туман, наш аппарат попадет в следующий слой. Здесь находятся облака, состоящие из другого химического соединения, гидросульфида аммония. Ученые полагают, что именно примеси в этих облаках, возможно, соединения серы или фосфора, вступая в реакцию с солнечным светом, придают Юпитеру его характерные оранжевые и коричневые оттенки. Этот слой это палитра художника, создавшего полосатый облик планеты.
Еще глубже, примерно на 80 километров ниже нулевой отметки, начинается третий слой облаков. Это облака из водяного льда и жидкой воды, очень похожие на земные. Но условия здесь совсем другие. Давление уже в несколько раз выше земного, а температура поднимается до нуля градусов. Здесь, в этих водяных облаках, бушуют самые мощные грозы в Солнечной системе. Молнии на Юпитере могут быть в сотни раз мощнее земных. Они сверкают не только между облаками, но и бьют вглубь планеты, в бездну, где нет земли, чтобы их принять.
Но самое экстремальное явление в атмосфере Юпитера это ветры. Планета вращается вокруг своей оси с невероятной скоростью, совершая один оборот менее чем за десять часов. Это быстрое вращение создает мощные атмосферные течения. Светлые зоны и темные пояса, которые мы видим на Юпитере, это гигантские потоки, опоясывающие всю планету. Ветры на границах этих потоков дуют со скоростью до 600 километров в час. Это вдвое быстрее, чем самые сильные ураганные ветры на Земле. Любой аппарат, спускающийся в атмосферу, будет болтать и швырять из стороны в сторону, как щепку в штормовом океане.
Вершиной этой бури является Большое Красное Пятно. Это гигантский антициклон, ураган, который бушует уже как минимум 350 лет, с тех пор как люди начали наблюдать за Юпитером в телескопы. Внутри этого вихря, который в полтора раза шире нашей планеты, ветры достигают еще более высоких скоростей. Попасть в него означало бы неминуемым разрушением для любого аппарата.
Давление и температура
Итак, наш воображаемый зонд прошел сквозь облака. Но его настоящее испытание только начинается. Дальше его ждет спуск в область, где законы физики проявляют себя с поистине чудовищной силой. Два главных фактора, которые уничтожат любой мыслимый аппарат, это давление и температура.
Давление нарастает с глубиной экспоненциально. Если на нулевой отметке оно равно земному, то всего на сто километров глубже оно вырастет в десять раз. На глубине в тысячу километров давление будет уже в тысячи раз выше. Это все равно что положить на каждый квадратный сантиметр аппарата вес в несколько тонн. Такое давление способно смять самую прочную титановую подводную лодку как жестяную банку. Структура аппарата не выдержит такого сжатия. Он будет раздавлен.
Но давление это только половина проблемы. Парадоксально, но по мере погружения вглубь холодного газового гиганта температура начинает стремительно расти. Это происходит по двум причинам. Во первых из за гравитационного сжатия газа. Когда газ сжимается он нагревается. Во вторых Юпитер до сих пор излучает огромное количество тепла, оставшегося с момента его формирования четыре с половиной миллиарда лет назад. Планета остывает, и это тепло идет из ее недр наружу.
На глубине в несколько сотен километров температура достигнет сотен градусов Цельсия. Еще глубже на тысячах километров температура поднимется до тысяч градусов, превышая температуру поверхности Солнца. Здесь любой материал из которого сделан наш аппарат сначала расплавится, а затем и испарится. Металлы превратятся в раскаленный газ.
Таким образом судьба любого объекта падающего в Юпитер понятна. Его сначала сожмет колоссальным давлением, а затем испепелит невообразимым жаром. . Он станет частью самой планеты, его атомы растворятся в этом гигантском химическом котле.
Металлический водород и загадочное ядро
Что же находится там в этих немыслимых глубинах куда не сможет проникнуть ни один аппарат? Здесь мы вступаем в область теоретической физики и данных, полученных косвенными методами. Внутреннее строение Юпитера это одна из самых больших загадок планетологии.
Примерно на глубине в 10 тысяч километров давление становится настолько экстремальным, около двух миллионов земных атмосфер, что с водородом происходит удивительная трансформация. Водород, самый простой элемент во Вселенной, переходит в состояние, которое называется металлическим водородом. Под чудовищным давлением электроны отрываются от своих протонов и начинают свободно перемещаться, как в обычном металле. Газообразный водород превращается в жидкую, электропроводящую субстанцию.
Этот океан металлического водорода, занимающий большую часть объема планеты, является источником самой мощной магнитосферы в Солнечной системе. Быстрое вращение этой электропроводящей жидкости работает как гигантская динамо машина, генерируя магнитное поле которое в 20 тысяч раз мощнее земного. Это поле простирается в космос на миллионы километров, улавливая и ускоряя частицы и создает еще одну опасность, о которой мы поговорим позже.
А что в самом центре? Есть ли у Юпитера твердое ядро? Долгое время ученые предполагали, что в центре планеты находится компактное ядро из камня и льда, массой в 10–15 раз превышающее массу всей Земли. Однако последние данные, полученные с помощью космического аппарата Юнона, который сейчас вращается вокруг Юпитера, заставили пересмотреть эту модель. Гравитационные измерения показывают, что ядро скорее всего не является четко очерченным твердым шаром. Оно размытое, или разбавленное. Его тяжелые элементы перемешаны с металлическим водородом на огромной территории. Возможно, это результат какого то гигантского столкновения в далеком прошлом Юпитера. В любом случае даже если там и есть твердая часть добраться до нее невозможно. Она скрыта под слоем десятка тысяч километров металлического водорода.
Радиационные пояса Юпитера
Мощное магнитное поле Юпитера улавливает частицы солнечного ветра, электроны и ионы, и разгоняет их до околосветовых скоростей. Эти частицы образуют вокруг планеты гигантские радиационные пояса, похожие на земные пояса Ван Аллена, но в тысячи раз более интенсивные.
Для человека доза радиации во внутренних областях магнитосферы Юпитера была бы абсолютно летальной за считанные минуты. Она в тысячи раз превышает любой критический уровень известный на Земле. Это все равно что добровольно войти в активную зону работающего ядерного реактора. Никакой скафандр не сможет защитить от такого потока высокоэнергетических частиц.
Но эта радиация опасна не только для людей. Она представляет огромную угрозу и для техники. Электроника космических аппаратов очень чувствительна к радиации. Заряженные частицы могут вызывать сбои в работе компьютеров, приводить к коротким замыканиям и необратимо повреждать микросхемы. Чтобы работать на орбите Юпитера, космический аппарат должен быть настоящим броненосцем. Например вся чувствительная электроника аппарата Юнона спрятана внутри специального титанового хранилища с толщиной стенок в один сантиметр. Но даже такая защита не вечна. Радиация постепенно разрушает солнечные панели и повреждает научные инструменты. Каждый виток вокруг Юпитера это риск потери космического аппарата.
Эта радиация также оказывает огромное влияние на спутники Юпитера, особенно на ближайший из них, вулканическую Ио, что делает ее поверхность одним из самых опасных мест в Солнечной системе.
Послание из бездны. Подвиг зонда Галилео
Все, что я рассказал, может показаться обычной теорией, но у нас есть одно прямое свидетельство того, что происходит в атмосфере Юпитера. Это данные полученные от роботизированного зонда.
В 1995 году космический аппарат НАСА Галилео, прибывший к Юпитеру, сбросил в его атмосферу специальный спускаемый зонд. Это был шар диаметром чуть больше метра, защищенный мощным тепловым экраном. Его миссия: передавать данные как можно дольше во время своего последнего падения.
Зонд вошел в атмосферу со скоростью 47 километров в секунду. Его тепловой щит раскалился до температуры выше поверхности Солнца, но выдержал. Перегрузки при торможении превышали земную силу тяжести в 230 раз. После торможения щит был сброшен, и раскрылся парашют. Начался 58 минутный сеанс связи с бездной.
За это короткое время зонд успел передать на Землю уникальную информацию. Он подтвердил, что ветры на Юпитере имеют ураганную силу, так же обнаружил гораздо меньше воды, чем предсказывали модели что до сих пор является загадкой. Вероятно, он попал в аномально сухой участок атмосферы. Зонд зафиксировал мощнейшие разряды молний.
Зонд передавал данные, пока погружался на глубину около 156 километров ниже условного нулевого уровня. Давление выросло до 22 земных атмосфер, а температура поднялась до 153 градусов Цельсия. Связь прервалась. Аппарат был раздавлен, расплавлен и стал частью планеты.
Космические мечты и суровая реальность
В научной фантастике и кинематографе газовые гиганты часто показывают совсем не так. Мы видим красивые картины городов, парящих в облаках, или специальных кораблей, которые плавают в плотной атмосфере, как подводные лодки.
Идея парящего города сталкивается с проблемой ветров. Как можно удержать стабильную платформу в потоках, несущихся со скоростью 600 километров в час? Любая конструкция будет разорвана на части. Кроме того, в атмосфере Юпитера нет четко выраженных слоев, где можно было бы плавать, как дирижабль. Плотность и температура меняются плавно, но неумолимо.
Корабли, способные погружаться в глубины, сталкиваются с проблемой давления и температуры. Создать материал, который выдержит миллионы атмосфер и тысячи градусов, находится далеко за пределами наших сегодняшних и даже обозримых технологий. Это задача для цивилизаций, способных управлять материей на атомарном уровне.
Реальность Юпитера одновременно проще и страшнее любой фантазии. Это не место для жизни или колонизации. Это гигантский природный термоядерный реактор, который так и не стал звездой. Это мир, где действуют силы планетарного масштаба, перед которыми наши технологии ничтожны.