Солнечная система

Исследование внешних планет продолжает играть важную роль в программе НАСА. В августе 2011 года НАСА планирует запуск спутника Юпитера JUNO для исследования атмосферы, магнитосферы и гравитационного поля Юпитера. После успеха совместной программы исследования системы Сатурна и его спутника Титана Кассини-Гюйгенс, к этим усилиям активно подключилось Европейское космическое агентство. В последние годы разработано несколько перспективных проектов изучения Европы и системы Юпитера в целом с помощью космических аппаратов.

Несколько лет назад космические агентства США и Европы (ЕКА и НАСА) предложили объединенную космическую миссию к системе Юпитера Europa Jupiter System Mission (EJSM-Laplace) с предположительным запусками в 2018-2022 гг. Проект состоит из двух космических аппаратов для исследования Юпитера, Ганимеда и Европы. В рамках этого проекта НАСА планирует КА Jupiter Europa Orbiter (JEO). Программа аппарата нацелена на исследование системы Юпитера, Ио и Европы. После выхода на орбиту вокруг Европы он проведет ее комплексное дистанционное исследование: океана, геофизической активности, всего, что может играть роль в потенциальной обитаемости Европы. ЕКА планирует Jupiter Ganymede Orbiter (JGO), для исследования Юпитера, Ганимеда и Каллисто. После выхода на орбиту вокруг Ганимеда он проведет исследования его магнитосферы, внутреннего строения, океана, поверхности и экзосферы. В рамках того же проекта JAXA предложила третий КА Jupiter Magnetospheric Orbiter (JMO) для детального изучения магнитосферы Юпитера.

Хотя в 80-х годах в СССР проводились НИР по исследованию системы Юпитера, в реальности советские и российские космические программы ограничились исследованием внутренней части Солнечной системы, полетами к Луне, Венере, и Марсу. В 2007 году Российская академия наук и Роскосмос предложили включить посадочный аппарат для исследования спутника Юпитера Европы в качестве дополнительного самостоятельного элемента проекта EJSM/Laplace. Основными научными задачами посадочной платформы будут комплексные исследования Европы на поверхности дистанционными и контактными методами и поиск следов жизни. После проработки проекта в 2008-2009 годах Россия решила включить в наш космический комплекс также орбитальный аппарат для обеспечения независимой ретрансляции данных и выбора места посадки. Проект «Лаплас» – первая  экспедиция России в зону планет-гигантов, которая позволит накопить технический опыт их изучения для исследований внешних планет и дальних рубежей Солнечной системы. 

Система Юпитера представляет собой природную плазменную лабораторию, кроме того, она имеет уникальную систему спутников – аналогов планет земной группы. О существовании океана жидкой воды под ледяным панцирем Европы говорит очень многое, но не все планетологи считают, что это доказано.

Основные вопросы для исследования Европы формулируются следующим образом:

−     Действительно ли под ледяным покровом имеется жидкая вода?

−     Связано ли присутствие жидкой воды с локальными горячим пятнами?

−     Существует ли на Европе глобальный океан?

−     Какова толщина и распределение ледяной коры?

−     Есть ли условия для жизни на Европе?

−     Есть ли на Европе следы жизни или современная жизнь?

Большинство научных задач, связанных с исследованиями поверхности, обитаемостью, и поисками следов жизни невозможно решить с помощью орбитальных аппаратов. В рамках проекта «Лаплас-посадка на Европу» могут быть решены фундаментальные вопросы по внутреннему строению, физике поверхности и атмосферы (экзосферы) Европы. Кроме того, приборы перелетного и орбитального аппаратов позволят российским ученым впервые реализовать собственные планы по исследованию системы Юпитера и самой планеты.

По результатам предварительного рассмотрения в рамках первого года НИР, научные задачи проекта Лаплас-посадка на Европу следующие:

Со спускаемого аппарата:

-        Подтверждение существования жидкого океана, определение толщины и жесткости ледяной коры, исследования внутреннего строения путем проведения различных геофизических измерений;

-        Детальное изучение материала поверхности для понимания происхождения ледяных спутников. Исследования состава льда и примесей включая изотопные отношения на основании анализа элементного состава и изотопных соотношений газов методами газовой хроматографии и масс-спектрометрии;

-        Исследование и определение характеристик среды указывающий на возможность существования жизни на Европе, поиск следов прошлой и существующей жизни на поверхности и в приповерхностном слое;

-        Наблюдения и измерения в региональном, локальном и микромасштабе для привязки дистанционных орбитальных наблюдений;

-        Локальные измерения радиационных условий, вторичных ионов, экзосферы спутника и летучих вблизи поверхности (CH₄, NH₃, CO₂, и т.д.).

С орбитального аппарата:

-         получения достоверного подтверждения существования и определения свойств океана под поверхностью Европы (исследования магнитного поля Европы, точные измерения расстояния до посадочного аппарата)

-        Картирование и изучение состава поверхности Европы (неорганического и органического происхождения)

-        Картирование поверхности Европы с высоким разрешением, чтобы идентифицировать особенности поверхности и определить глобальную стратиграфию, выбор места посадки, изучение топографии поверхности;

-        Поиск современной геологической активности на Европе, картирование свечений летучих в атмосфере, как свидетельств геологической активности (например, свечение Na)

-        Исследование состава и динамики атмосферы-экзосферы-ионосферы Европы. Идентификация ключевых химических элементов и компонент на поверхности и в атмосфере Европы (O₂, H₂O₂, SO₂, SO и т.д.).

-        Исследование взаимодействия экзосферы Европы с магнитосферой Юпитера, потоков энергичных ионов и электронов, достигающих поверхности Европы, электромагнитного взаимодействия с Юпитером.

Исследования Юпитера

с орбитального аппарата (возможно использование перелетного модуля для научных исследований)

-        Исследования атмосферы Юпитера, ее динамики, вертикальной структуры и состава, в частности гидрокарбонатов. Поиск глобальных вариаций гомопаузы методом звездного просвечивания, по измерениям плотности гидрокарбонатов.

-        Изучение химической и микрофизической структуры облаков

-        Изучение динамического взаимодействия между атмосферой и энергетическими источниками в верхней атмосфере

-        Происхождение «пятен», их возможная связь с авроральной активностью, термодинамической циркуляцией или циркуляцией экзосферы;

-                 Роль переходов между орто- и пара-состояниями водорода как источника внутреннего тепла Юпитера, по УФ-наблюдениям атмосферы с высоким спектральным и пространственным разрешением.

-        Исследование магнитосферы Юпитера, ионного состава плазмы и ускоренных частиц, роли спутников в плазменном населении Юпитера, динамики магнитосферной плазмы.

-        Процессы взаимодействия магнитосферы со спутниками, в особенности с Европой и Ганимедом.

-        Структура, динамика и радиальный транспорт в магнитодиске Юпитера.

Изучение межпланетной среды

-        исследование межпланетного пространства на трассе перелета от Земли к Юпитеру; изучение пространственно-временной динамики  мелкомасштабных и средне-масштабных структур межпланетной среды; изучение динамики параметров плазмы и магнитного поля  в области взаимодействия Юпитера с солнечным ветром; исследование турбулентности межпланетной среды в области высоких частот

Изучение других спутников Юпитера

-        в процессе выхода КА на орбиту вокруг Европы произойдут многочисленные сближения со спутниками Юпитера Ганимедом и Каллисто. Во время этих сближений будут проведены их дистанционные наблюдения для исследования внутреннего строения, поверхности, экзосфер и взаимодействия с магнитосферой Юпитера. Во время противостояний Европы и Ио будут проведенные наблюдения Ио для изучения характеристик его плазменного тора и их вариации, исследования взаимодействия между вулканической активностью и атмосферой Ио, исследования горизонтального и вертикального распределения составляющих атмосферы, через картирование и звездные затмения, изучение формирования «полярных сияний» на Ио.