Как Юнона установит наличие твердого ядра внутри Юпитера и определит его размеры?

Одной из поставленных целей миссии NASA New Frontiers Juno является изучение внутренней части Юпитера и определение того, есть ли у этого газового гиганта твердое ядро ​​и насколько оно велико. Об этом несколько раз упоминается на странице NASA Juno , например:

«Юнона» измерит количество воды и аммиака в атмосфере Юпитера и определит, действительно ли планета имеет твердое ядро, что напрямую решит вопрос о происхождении этой гигантской планеты и, следовательно, солнечной системы. Составив карту гравитационного и магнитного полей Юпитера, Юнона раскроет внутреннюю структуру планеты и измерит массу ядра.

Но если предположить, что у Юпитера действительно есть твердое ядро, как установить его размер? Будет ли это зависеть от статистических данных векторного магнитометра (MAG) и определения того, где происходит магнитное пересоединение? Или любым другим способом?

Вежливо спросив у Юпитера.

Ответы (2)

Использование гравитации для дистанционного наблюдения за скрытой внутренней частью планеты или луны имеет удивительно долгую историю. Идея восходит к Ньютону. Он предложил измерять отклонение отвеса у горы от обследуемой нормали как средство оценки массы Земли. Он отверг эту идею как непрактичную, учитывая низкое качество геодезических измерений в то время. Улучшение методов съемки не заняло много времени. При обследовании линии Мейсона-Диксона Чарльз Мейсон и Джеремайя Диксон отметили измеримые отклонения отвеса от обследуемой нормы. Позже Мейсон помог выбрать гору, которую можно было бы использовать для «взвешивания Земли». Конечным результатом стал эксперимент Шихаллиона 1774 года ( http://en.wikipedia.org/wiki/Schiehallion_experiment ), который дал результат в пределах 20% от текущего значения.

Современные преемники эксперимента Шихаллион включают в себя ряд спутников, используемых для измерения гравитационных полей Земли, Луны и некоторых планет. Эти спутники продолжают работу эксперимента Шихаллиона, давая представление о внутреннем строении этих тел. Некоторые из этих спутников (например, GRACE и GRAIL) выполняли только наблюдения за гравитацией. У многих других наука о гравитации была одним из многих экспериментов. Для других, таких как PFS-2, запущенный Аполлоном-16 ( http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2006/06nov_loworbit/ ), обнаружение странностей гравитации было скорее непреднамеренным.

У гравитационного научного эксперимента Juno есть предшественник, возможно, самый простой из всех когда-либо запущенных спутников, спутники LAGEOS. На спутниках LAGEOS нет ни приборов, ни датчиков, ни эффекторов. Это просто цельные латунные шарики, покрытые световозвращателями. Вместо этого ученые проверяют эти ретрорефлекторы наземными лазерами.

Эксперименты с гравитацией дают несколько запутанный взгляд на внутреннюю часть. Это помогает (очень!) иметь альтернативные источники данных. Ученые Juno будут использовать как результаты гравитации, так и измерения магнитного поля, чтобы получить представление о том, как выглядит внутренность Юпитера.

Я не понимаю, как орбита космического корабля отличит жидкое ядро ​​от твердого ядра от того, что водород делает при таком давлении, если это не твердое ядро. Есть ли какая-то сигнатура, которая может однозначно показать, является ли ядро ​​твердым или нет, без множества других предположений о внутренней структуре и распределении плотности, или это на самом деле полностью зависит от модели и все же оставляет значительную неопределенность? Это работает только в том случае, если ядро ​​​​сплющено от вращения (сферически симметрично, все ставки сняты?) Или также потребуются члены более высокого порядка («шероховатость»)?
@uhoh -- Модели гравитации выражаются в терминах коэффициентов сферических гармоник. Член 0,0 представляет собой сферически-симметричную часть. Это мало что нам говорит. (Это говорит нам о массе Юпитера, но спутники Юпитера уже дают эту информацию). Именно условия высокого порядка в такой модели многое расскажут нам о интерьере Юпитера. Нечетные зональные гармоники должны давать информацию о ветрах Юпитера, например о том, насколько глубоко они проникают. Временные вариации четных зональных гармоник (вызванные приливами, вызванными Солнцем и спутниками Юпитера) должны дать информацию о глубинных недрах Юпитера.
ОК "зональный" означает m=0, осесимметричный? n=even преобладают эффекты, симметричные относительно экватора, который находится примерно в плоскости эклиптики. Итак, n=odd дает информацию о ветрах, потому что они случайны и несимметричны? Я этого не понимаю. Но на самом деле мой первый комментарий пытается продолжить исходный вопрос: « Как Юнона установит наличие твердого ядра внутри Юпитера и определит его размер? » Пока что я не вижу фактического ответа на то, как наличие или отсутствие твердое ядро ​​будет установлено по орбите Юноны (допплер и т. д.). Как?
Дэвид, могу я предложить вам включить этот длинный комментарий в ответ? Я был довольно озадачен заявлениями об использовании доплеровских измерений для определения структуры ядра, поскольку сферическое ядро ​​должно быть неотличимо от более плотной сферической мантии, но этот комментарий имеет большое значение, делая его более разумным.

Оказывается, то, как они собираются это сделать, немного отличается от моих первоначальных мыслей, и все это аккуратно объяснил Билл Най в одном из своих видеороликов « Почему с Наем », которые он сделал для миссии НАСА «Юнона»:

   введите описание изображения здесь

   Гравитация нарушила орбиту космического корабля «Юнона», когда он вращается вокруг планеты Юпитер (видео: Билл Най спрашивает, есть ли у Юпитера ядро? )

Видео довольно забавное, поэтому нажмите на изображение выше, и все будет раскрыто. Однако для текстофилов среди вас объяснение выглядит так:

Ядро или нет

Мы не знаем, что внутри Юпитера. У Юпитера может быть ядро ​​из тяжелого металла, утопленное в центр. Или может быть, что на Юпитере есть этот экзотический материал — водород, сжатый под таким давлением, что водород ведет себя как металл. Металлический водород . Мы не можем разрезать Юпитер пополам. У нас нет такой возможности. Вместо этого у нас есть счастливый маленький космический корабль на орбите вокруг Юпитера.

[Я маленький космический корабль...]

Теперь, когда он движется по орбите, мы твердо верим, что на его пути будут небольшие изменения из-за крошечных изменений гравитации Юпитера. И это поможет нам выяснить, что внутри. Теперь, как бы мы измерили крошечные изменения орбиты космического корабля вокруг огромной планеты, находящейся в миллионах километров отсюда? Мы бы сделали это, измерив частоту радиоволн. Радиоволны, исходящие от космического корабля, и радиоволны, исходящие от Земли. Мы можем измерить эти вариации, используя эффект Доплера .

[Устанавливает будильник на старом будильнике и крутит его на веревочке]

Слушайте звук, когда будильник движется к вам. Теперь слушайте звук, когда будильник удаляется. Когда он движется к вам, звук становится выше. По мере удаления звук становится ниже. Этот эффект или это явление впервые описал человек по имени Кристиан Доплер . И по сей день мой брат хотел бы иметь рок-н-ролльную группу под названием Christian Doppler and The Effects . Но имя моего брата не христианское.

Итак, мы считаем, что точно измерив путь Юноны по ее орбите вокруг Юпитера, используя эффект Доплера, мы сможем определить по гравитации Юпитера природу того, что находится внутри. Это хэви-метал? Это металлический водород? Или это ...

[Раааааааааааааа!!!!!!]

Да, я только что переписал видео!! Рааааааааааааааааааааа!!!!!!

(Немного более традиционное объяснение также доступно здесь )

(Обратите внимание на гниение ссылки в последнем фрагменте.)
Как Юнона установит наличие твердого ядра внутри Юпитера и определит его размеры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v