Khám phá bí mật của sao Mộc: Năm bí ẩn hàng đầu mà Juice sẽ giải đáp

Nhiệm vụ sẽ điều tra năm lĩnh vực ưu tiên, từ bầu khí quyển hỗn loạn của Sao Mộc đến các đại dương lỏng giả định trên ba mặt trăng có kích thước bằng hành tinh của nó: Ganymede, Europa và Callisto.

Juice sẽ giải quyết hai chủ đề cốt lõi của chương trình Tầm nhìn vũ trụ của ESA: Hệ mặt trời hoạt động như thế nào? Và Các điều kiện để hình thành hành tinh và sự xuất hiện của sự sống là gì?

Vì vậy – những bí ẩn nào Juice sẽ giải quyết?

1. Thế giới đại dương của sao Mộc trông như thế nào…?

Bốn vệ tinh lớn nhất của Sao Mộc được gọi là ‘các vệ tinh Galilê’; trong số này, ba được cho là có các đại dương nước lỏng ẩn bên dưới lớp vỏ băng giá của chúng (Ganymede, Europa và Callisto – ngoại trừ Io, vốn không được biết đến là một thế giới nước). Những đại dương này bắt đầu từ bao xa dưới bề mặt và chúng sâu bao nhiêu? Chúng có chứa nước mặn hay nước ngọt không – và nếu có thì bao nhiêu?

Juice sẽ nghiên cứu ba thế giới nước này – Ganymede, Europa và Callisto – để thăm dò các lớp đại dương ẩn giấu và lớp vỏ băng giá của chúng, hiểu các điều kiện hình thành nên bề mặt và bầu khí quyển nhỏ bé của chúng, đồng thời tiết lộ cách những gì chúng ta nhìn thấy ở trên kết nối với các đại dương bên trong quan trọng như thế nào để ẩn nấp bên dưới. Cùng với nhau, những mặt trăng này có thể chứa một lượng nước khổng lồ – gấp sáu lần lượng nước chứa trong các đại dương trên Trái đất.

Bề mặt của cả ba mặt trăng đều khác nhau, thể hiện sự pha trộn giữa các vùng cũ, tối, có nhiều lỗ rỗ và các địa hình nhạt hơn, trẻ hơn, có rãnh nhẹ hơn. Có bằng chứng về hoạt động địa chất, trong quá khứ hoặc hiện tại, trên một số vệ tinh này. Juice sẽ khám phá các mức độ hoạt động hiện tại và thăm dò mức độ hoạt động của các mặt trăng trong quá khứ, vẽ nên một bức tranh chi tiết về bộ ba năng động này – bao gồm khối lượng của chúng được phân bổ bên trong như thế nào, phần bên trong của chúng đã phát triển như thế nào theo thời gian và liệu chúng có trải nghiệm hay không. kiến tạo hoặc núi lửa băng giá.

LIÊN KẾT: Đọc thêm về hành trình khám phá các mặt trăng băng giá của Sao Mộc của Juice

2. …và tại sao Ganymede lại độc đáo như vậy?

Trong ba mặt trăng, Mục tiêu khoa học chính của Juice sẽ là Ganymede, mặt trăng lớn nhất trong Hệ Mặt trời – lớn hơn Sao Diêm Vương và Sao Thủy – và là mặt trăng duy nhất có từ trường nội tại. Chỉ có hai thiên thể rắn khác trong Hệ Mặt trời tạo ra trường lưỡng cực như Ganymede – và cả hai đều là hành tinh (Sao Thủy và Trái đất), một trong số đó là nơi chứa đựng sự sống.

Ganymede cung cấp một phòng thí nghiệm tự nhiên lý tưởng để nghiên cứu bản chất và tính chất của thế giới băng giá. Juice sẽ tập trung vào việc mô tả đặc điểm của mặt trăng này, đồng thời tạo ra một nghiên cứu so sánh về ba thế giới nước của Sao Mộc thông qua các quan sát của nó về Europa và Callisto. Tàu vũ trụ sẽ trở thành quỹ đạo đầu tiên của một thế giới đại dương và sẽ sử dụng bộ mười thiết bị tinh vi để đo cách Ganymede quay, lực hấp dẫn, hình dạng và cấu trúc bên trong, từ trường, thành phần của nó và để xuyên qua lớp vỏ băng giá của nó sử dụng radar xuống độ sâu khoảng chín km.

Juice cũng sẽ điều tra hơi nước và các chất khác trong bầu khí quyển của Ganymede để hiểu đầy đủ các quá trình diễn ra trong môi trường không gian của mặt trăng. Điều này bao gồm khám phá cách các hạt từ Ganymede lấp đầy các lớp bên ngoài của bầu khí quyển mỏng của mặt trăng – được tạo thành từ vật chất nóng, bị ion hóa (plasma) – và hiểu cách môi trường của mặt trăng tương tác với từ trường, quần thể plasma và vành đai bức xạ của Sao Mộc.

3. Có thể có – hoặc đã từng có – sự sống trong hệ sao Mộc?

Xác định xem các mặt trăng của sao Mộc có cung cấp các điều kiện thích hợp cho khả năng sinh sống hay không là một trong những mục tiêu cốt lõi của Juice. Có thể sự sống đã xuất hiện ở đâu đó? Có bất kỳ mặt trăng Galilê nào có các khối xây dựng cần thiết cho sự sống không?

Bằng cách nghiên cứu các đại dương ẩn, từ tính, quá trình đốt nóng, hiệu ứng thủy triều, quỹ đạo, hoạt động bề mặt, lõi và thành phần, bầu khí quyển và môi trường không gian của các mặt trăng Galilê, Juice sẽ điều tra xem liệu các điều kiện cần thiết cho sự sống có thể đã từng xuất hiện trên Ganymede, Europa hay Callisto hay không. . Nước trái cây sẽ giúp chúng ta hiểu những thế giới này không chỉ là các hành tinh mà còn là môi trường sống khả thi cho sự sống. Bản đồ độ phân giải cao của Juice sẽ tìm kiếm các nguyên tố quan trọng và thiết yếu về mặt sinh học (chẳng hạn như carbon, oxy, nitơ, magiê và sắt).

Những mặt trăng này là những triển vọng đặc biệt thú vị cho sự sống do các đại dương ẩn dưới bề mặt của chúng. Đặc trưng cho khả năng sinh sống của chúng sẽ có ý nghĩa khoa học sâu rộng vượt ra ngoài chính hệ thống Sao Mộc và sẽ giúp chúng ta hiểu được khả năng sinh sống chung của các thế giới băng giá trên khắp Vũ trụ. Điều quan trọng, Mục tiêu thứ hai của Juice trong hệ thống Sao Mộc rộng lớn hơn sẽ tiết lộ thêm về triển vọng chung về khả năng sinh sống trong các hệ hành tinh tương tự xung quanh các ngôi sao khác.

4. Môi trường phức tạp của sao Mộc đã định hình các mặt trăng của nó như thế nào và ngược lại?

Sao Mộc có một môi trường trọng lực, từ tính và plasma mạnh mẽ và độc đáo. Đáng chú ý, từ trường của Sao Mộc mạnh hơn Trái đất khoảng 20 lần; hiểu được môi trường từ tính phức tạp của hành tinh vẫn là một trong những bí ẩn nổi bật của Hệ Mặt trời và một điều mà Juice hướng đến để giải quyết. Chủ yếu: môi trường khắc nghiệt này đã hình thành các điều kiện như thế nào trên các mặt trăng Galilê, và sao Mộc và các mặt trăng của nó tương tác với nhau như thế nào?

Các vệ tinh lớn của sao Mộc quay quanh trong môi trường từ trường và bức xạ cực mạnh này, tạo ra những tương tác độc đáo giữa các vệ tinh và môi trường xung quanh chúng.

Các quy trình chính bao gồm tạo ra các plasma nhiệt độ cao và các hạt năng lượng cao; sự gia tốc nhanh chóng của các hạt này trong toàn hệ thống bởi từ trường quay nhanh của Sao Mộc; việc tạo ra cực quang, điểm nóng, vành đai bức xạ cường độ cao và kích hoạt phát xạ vô tuyến; và sự liên kết giữa từ trường và môi trường của Sao Mộc với ‘gió mặt trời’ của các hạt tích điện do Mặt trời phát ra. Plasma được chuyển tới Ganymede và Europa, nơi nó ở lại và ảnh hưởng đến thành phần bề mặt của các mặt trăng – nhưng bản chất của những tương tác này và hậu quả của chúng đối với khả năng sinh sống vẫn còn là một bí ẩn.

Ngoài từ trường và bức xạ, Juice sẽ điều tra môi trường hấp dẫn phức tạp của Sao Mộc; cách các mặt trăng tương tác thủy triều với nhau và với hành tinh mẹ của chúng; và các mối quan hệ và giữa các động lực học quỹ đạo của các mặt trăng (được gọi là cộng hưởng Laplace 1:2:4, theo đó đối với mọi quỹ đạo do Ganymede hoàn thành, Europa hoàn thành hai và Io bốn).

Nhìn chung, Juice sẽ khám phá các khía cạnh khác nhau trong môi trường của Sao Mộc kết hợp với nhau như thế nào. Cùng với việc tiết lộ thêm về Hệ Mặt trời, kiến ​​thức được cải thiện của chúng ta về Sao Mộc – chẳng hạn như cách các hạt được gia tốc và các cơ chế đằng sau các quá trình vật lý khác mà chúng ta thấy – sẽ cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về các hệ hành tinh và vật thể khác trong Vũ trụ.

5. Một hành tinh khí khổng lồ điển hình trông như thế nào – nó hình thành như thế nào và nó hoạt động như thế nào?

Hệ thống Sao Mộc là một nguyên mẫu cho không chỉ các hành tinh khí khổng lồ trong Hệ Mặt trời, mà còn cho nhiều hành tinh khổng lồ hiện được biết là quay quanh các ngôi sao khác ngoài hành tinh của chúng ta.

Một trong những mục tiêu chính của Juice là tìm hiểu cách các hành tinh khí khổng lồ và mặt trăng của chúng hình thành và phát triển. Hiểu được nguồn gốc, lịch sử và sự tiến hóa của Sao Mộc và các vệ tinh của nó sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc rất cần thiết về cách một hệ hành tinh như vậy và các thành phần của nó hình thành và phát triển theo thời gian, cũng như tiết lộ cách các môi trường có thể ở được có thể phát sinh trong các hệ thống giống như Sao Mộc xung quanh các hành tinh khác. ngôi sao. Nhìn chung, Juice sẽ cho phép mô tả đầy đủ đặc tính của Sao Mộc với tư cách là một hành tinh và hệ thống. Nó sẽ khám phá cách các hệ hành tinh như Sao Mộc hoạt động – trong Hệ Mặt trời và hơn thế nữa.

Ví dụ, những quá trình nào chi phối thời tiết, hóa học và khí hậu của Sao Mộc, và quá trình này thay đổi như thế nào theo thời gian trên một hành tinh khổng lồ điển hình? Từ điểm thuận lợi trên quỹ đạo của nó, Juice sẽ thăm dò bầu khí quyển luôn thay đổi của Sao Mộc trong các khoảng thời gian khác nhau để tiết lộ các quá trình tạo ra và định hình nó.

Tàu vũ trụ sẽ khám phá bầu khí quyển của Sao Mộc từ các lớp thấp hơn của nó (những lớp chứa thời tiết và mang lại cho hành tinh vẻ ngoài ‘dải’ đặc biệt của nó) cho đến các lớp giữa và trên, chịu ảnh hưởng của quá trình đốt nóng và hóa học của mặt trời. Nước trái cây sẽ tiết lộ cách các lớp khác nhau này được kết nối và cấu tạo; sóng, năng lượng, vật chất và gió di chuyển theo chiều dọc và chiều ngang giữa các lớp này như thế nào; làm thế nào các yếu tố bên ngoài (chẳng hạn như tác động của sao chổi và các vật thể nhỏ khác) ảnh hưởng đến bầu khí quyển của Sao Mộc; và các quá trình khí quyển khác nhau kết nối như thế nào.

Juice cũng sẽ giám sát hệ thống Sao Mộc rộng rãi hơn, tận dụng tối đa chuyến du hành dài của nó qua vùng không gian này. Mặc dù không phải là trọng tâm chính, Juice sẽ quan sát từ xa mặt trăng Galilê thứ tư và trong cùng, Io – vật thể hoạt động núi lửa mạnh nhất trong Hệ Mặt trời, với khoảng 400 ngọn núi lửa giải phóng dung nham – và các mặt trăng bên trong nhỏ hơn của Sao Mộc (Metis, Adrastea , Amalthea và Thebe), quay quanh bên trong và được cho là bổ sung cho hệ thống vành đai bụi bặm của hành tinh.