< О голубых небесах горячего субсатурна WASP-127 b

Первые научные результаты миссии Juno, часть III: Гравитационное поле и внутреннее строение

25 мая 2017 года прошла телеконференция, посвященная первым научным результатам миссии Juno. В журналах Science и Geophysical Research Letters было опубликовано 46 статей, посвященных исследованиям Юпитера. Сегодня мы рассказываем о том, что нового удалось выяснить о гравитационном поле и внутреннем строении крупнейшей планеты Солнечной системы.

---

Владислава Ананьева

Структура гравитационного поля планеты зависит от распределения масс в ее теле. Для численной оценки структуры поля используется разложение гравитационного потенциала по сферическим гармоникам J_n, где порядок n может быть только четным числом (из-за отсутствия в природе отрицательных масс). Точное измерение скорости космического аппарата в окрестностях небесного тела позволяет измерить величины J_n, а это, в свою очередь, помогает оценить распределение масс внутри него и выбрать наиболее правдоподобные модели его внутреннего строения.

4 июля 2016 года АМС Juno вышла на орбиту вокруг Юпитера, а 27 августа 2016 года пролетела на высоте 4200 км над верхушками его облаков. Точное измерение лучевой скорости Juno во время обоих сближений позволило с высокой точностью измерить гравитационные моменты низкого порядка Юпитера J₂, J₄, J₆ и J₈. Измеренные величины позволили существенно ограничить модели внутреннего строения крупнейшей планеты Солнечной системы.

Внешние слои Юпитера состоят в основном из смеси молекулярного водорода и гелия, находящихся в закритическом состоянии. На глубине около 100 ГПа (~1 Мбар) растворимость гелия в водороде уменьшается, гелий образует отдельные капли и дождем падает вниз сквозь слой жидкого водорода, обедненного гелием. Дальнейшее увеличение температуры с глубиной увеличивает взаимную растворимость гелия и водорода, так что на уровне давления ~300 ГПа они снова начинают свободно смешиваться друг с другом, и слой «гелиевого дождя» заканчивается. 

Ниже лежит протяженный слой металлического водорода, простирающийся вплоть до ядра из тяжелых элементов. Авторы рассмотрели несколько теоретических моделей, причем в некоторых из них ядро остается компактным (с радиусом 0.15 радиусов Юпитера), а в других – частично растворяется в металлическом водороде так, что его радиус увеличивается до ~0.5 радиусов Юпитера, а плотность постепенно спадает.

---