Спуск в атмосфере Юпитера

[vika vorobyeva]

Интересно, есть ли где-нибудь данные о зависимости оптической плотности атмосферы Юпитера от высоты (или, если хотите, глубины погружения), экспериментальные или теоретические? Что бы мы увидели, спускаясь вниз вместе с атмосферным зондом: бесконечные тучи, аэрозоли и туман, или сравнительно прозрачную атмосферу, как на Земле?
Что я имею в виду.
Планеты, окутанные сплошной облачностью (я говорю о Венере и Титане), имеют, тем не менее, нижнюю границу облаков, высоту, ниже которой атмосфера прозрачна. Интересно, так ли это на планетах-гигантах? Что мы увидели бы, спускаясь в атмосфере Юпитера? Один (или несколько) слой облаков или сплошную облачность до центра планеты? И на какой глубине там окончательно меркнет солнечный свет?
Буду благодарна за ссылки и собственные мнения

[bob]

Пока и один слой не удалось пробить. Так что будем считать, что облачность там сплошная

[vika vorobyeva]

Пока и один слой не удалось пробить.

А откуда сведения? Разве на зонде, сброшенном на Юпитер, была фотокамера?

[bob]

Не было. Да и не надо было, ему кердык очень быстро настал

[AAV]

Юпитер - это водородный шар. Только в самом центре есть небольшое твёрдое ядро из более тяжёлых элементов (диаметром 28 000 км и температурой около 30 000 градусов Цельсия). Далее расположены три водородных слоя: слой металлического водорода (сжатый газообразный водород приобретает черты щелочного металла и отпускает свой единственный электрон в свободное путешествие между атомами), океан из жидкого водорода (по сути - тоже сжатый газ), атмосфера с преобладанием газообразного водорода (окло 90%). В атмосфере много также лёгкого газа гелия (около 10%), а метан и аммиак есть, но их очень мало
Спектральные исследования Юпитера показали, что его атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольших количествах Присутствуют также этан, ацетилен, фосфен и водяной пар.
Облака Юпитера представляют собой трехслойную систему, состоящую из кристалликов и капелек аммиака ,гидросульфидов аммония и водяного льда. С помощью американского космического аппарата “Пионер -10” удалось уточнить содержание гелия в атмосфере Юпитера. Можно считать установленным, что атмосфера Юпитера на 74% состоит из водорода и на 26% из гелия. На долю метана приходится не более 0,2%, на долю аммиака - не более 0,1 % состава атмосферы планеты (по массе). Учитывая низкую среднюю плотность планеты можно считать, что эти два газа (водород и гелий)составляют почти всю массу самой планеты.
Ниже чисто газового слоя в атмосфере Юпитера лежит слой облаков. Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24000км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура 11000 К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину 42000 км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твердое ядро радиусом 4000 км и массой, достигающей 10 - 20 масс Земли. На границе ядра температура достигает 30000К
http://www.5n.ru/astronomy_dn_011h.htm
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80
http://www.zachetka.ru/referat/preview.aspx?docid=486&page=11

[Intertracer]

Только нужно отметить, что бурная конвекция сделает эту картину достаточно неоднородной по всей планете... Хотя, в конечном итоге, там где давление зашкаливает за 10 бар и температура за 100°C, видимость должна быть неплохая, хотя, свет туда, очевидно, почти не пробивается...

[vika vorobyeva]

Intertracer, спасибо огромное за график!

Получается такая картина.
Медленно опускаясь в атмосфере Юпитера, сначала мы пролетаем сквозь надоблачную дымку (неплотную и несильно ослабляющую свет Солнца; глядя вверх, видим синее небо) и попадаем в облака замерзшего аммиака. Облака замерзшего аммиака, будучи чистыми, должны быть ослепительно белыми, как облака на Земле, но они загрязнены примесями сложных соединений серы, углерода и фосфора, придающих им желто-оранжевый цвет. Из-за сильных турбулентных движений в атмосфере эти облака находятся на разной высоте, т.е. не лежат сплошным ковром, а скорее, вздымаются как огромные башни, между которыми зияют провалы и ямы. Продолжая спускаться, мы все же попадаем в сплошную облачность, которая тянется около 20 км. У нижней границы первого слоя облаков давление близко к атмосферному, а температура «за бортом» -100С. Солнечный свет ослабляется сильно, но, глядя на 20-километровые облака Венеры, видно, что не полностью.
Итак, густой желтоватый сумрак, спускаемся дальше. Сверху – плотная пелена аммиачных облаков, ниже, в 10-15 км – облака из гидросульфида аммония. Интересно, какого они цвета? Желтые, белые, коричневые? Есть ли между первым и вторым уровнями облаков четкий просвет, или там все перемешано, и самые верхние «гидросульфидные» облака поднимаются выше самых нижних аммиачных? Температура «за бортом» -50С, давление 2-3 атмосферы. Около 10 км тянется полоса гидросульфидноаммонийных облаков. У их нижней границы, наверно, уже глубокий сумрак.
Опять-таки непонятно, есть ли четкая граница между вторым и третьим облачным слоем. По графику этого не видно, к сожалению. В любом случае через 50 км после первого погружения в облачность мы бы оказались среди облаков водяного льда. Давление «за бортом» - 5-6 атмосфер, температура комнатная. В принципе, можно надевать кислородную маску и выбираться наружу Правда, сила тяжести в 2,5 раза превышает земную, так что будет не очень уютно. Ложемента лучше не покидать
Ну а потом становится очень тепло и темно. Мы выныриваем из плотного облачного слоя, нависающего плотной черной крышкой. Ниже атмосфера прозрачна, прозрачна много сотен километров. Вот только нечему ее освещать. Интересно, является ли нижний слой облаков относительно ровным, как на Венере, или он тоже поднимается вверх с восходящими воздушными потоками и опускается вниз с нисходящими?
И еще интересно, как глубоко смог опуститься сброшенный туда зонд, прежде чем разрушился? И в каком облачном слое это случилось?

[Intertracer]

Действительно, после недавней эпопеи Кассини/Гюйгенса интересно вспомнить нечто подобное

В 1995 году Галилео сбросил зонд в атмосферу Юпитера. Данные поступали 59 мин., пока зонд не опустился на глубину, где давление составляет 22 атм. и t=153°C (на 100 км ниже облаков). Всего было получено прибл. 3.5 Мбита, и эти данные оказались неожиданными. В частности -- был обнаружен только один слой облаков. Состояли они из аммония. В целом видимость оказалась гораздо выше, чем ожидалось, но это всего лишь локальные данные...
Вертикальные воздушные потоки оказались очень сильными, нижний слой облаков скорее всего сильно отличается в разных местах.

Информации по этому спуску удалось найти маловато, вот несколько ссылок:
http://www.lpi.usra.edu/publications/newsletters/lpib/lpib78/gal_78.html
http://www.carleton.ca/~tpatters/teaching/climatechange/solar/jupiter9text.html
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/galileo.html

[vika vorobyeva]

Спасибо огромное за ссылки! Прочитала их с большим интересом. Оказывается, все совсем не так, как я тут напридумывала. Видимо, локальная погода на Юпитере сильно отличается от места к месту. Насколько я поняла, зонд угодил в «горячее пятно» - зону нисходящих воздушных потоков, где атмосфера сравнительно прозрачна, а значит, видны относительно глубокие ее слои. В других местах слой облаков может быть гораздо толще и действительно расслаиваться на несколько слоев (а может, и нет).
Кстати, информация для Bob`а. Зонд таки пробил единственный обнаруженный им слой облаков и разрушился на глубине около 100 км от их нижней границы, в горячей прозрачной атмосфере
Страшно жаль, что на зонде не было видеокамеры. Понятно, что там каждый грамм и байт были на счету, но все равно ужасно жалко. Очень хочется посмотреть на юпитерианские облака хотя бы с качеством снимков Гюйгенса...

[bob]

Скорее всего, там ничего не было бы видно, ну, под облаками. Туман и всё. Сами облака стоило бы снять снизу.

[Intertracer]

Вряд-ли... Чтобы был туман - нужны взвешенные в воздухе микрочастицы. Вот им то взяться и неоткуда -- ни один газ в тамошней атмосфере не будет конденсироваться при температурах/давлении, до которых спустился атмосферный зонд. При том, что пыли тоже взяться неоткуда - видимость под облаками должна быть получше, чем на Земле. Вверху -- пелена облаков, внизу -- чёрная бездна, а вот как будет выглядеть горизонт?.. Это по идее должно зависеть от оптических/спектроскопических свойств газов.

А вот, что должно было произойти с зондом:

[vika vorobyeva]

Вверху -- пелена облаков, внизу -- чёрная бездна

Кстати, а черной ли будет та бездна? Может, светящейся тускло-багровым светом?
Температура в атмосфере Юпитера повышается с глубиной очень быстро при том, что сама атмосфера прозрачна. На глубине всего 300 км температура достигает 900К, а при этой температуре излучение нагретого тела начинает быть видимым человеческим глазом (как тускло-вишневое). В чистой и прозрачной атмосфере ниже уровня облаков свет из глубин почти не должен поглощаться. Мне кажется, полной темноты там не будет, а будет тускло-багровый сумрак.
Ну почему на зонде не было видеокамеры?     

[bob]

Однотонный сумрак всегда серый, если перед глазами нет цвета сравнения. Посмотрите через красный светофильтр, занимающий всё поле зрения. Когда глаза привыкнут - всё вокруг покажется просто серым, разных оттенков. На Венере так же. Если все "тучи багровые", они кажутся просто серенькими. Но если там прозрачно, мы должны увидеть более нижние слои, а не просто мрак.

[bob]

Хороший пример - земная облачность. На примере кучевых облаков это плохо видно, так как они подсвечены рассеянным синим светом неба. А вот посмотрите на плотный пар из заводской трубы. В тени он красноватый. И в пасмурный день освещение красноватое, но мы видим просто серый цвет и никаких оттенков.

[Intertracer]

Вообще с абсолютной прозрачностью дело не складывается -- вступает в силу рэлеевское рассеяние. Свет рассеивается не только пылью и конденсатом, но и самими молекулами газов. По идее это должно придавать атмосфере Юпитера голубоватый оттенок на горизонте, и более тёмный в бездне (но не чёрный и, видимо, не красный).
С глубиной оптическая плотность будет расти, и видимый свет будет проходить уже хуже. Но инфракрасное/микроволновое излучение должно проходить достаточно свободно.

А тут возникает вопрос: Юпитер излучает в космос немалое количество энергии. Очевидно, практически вся энергия видимого диапазона - это солнечный свет, отражённый от поверхности облаков. А откуда идёт инфракрасное/микроволновое излучение? По идее, оно должно, восновном, порождаться горячими газами на грубине 100 - 1000 км?

[Parfen]

Появилась ассоциация со слоями переноса энергии излучением в недрах... звезд.

[Intertracer]

Вот какие есть снимки в инфракрасном диапазоне...


Яркие участки -- это промежутки между облаками, где тепло выходит из недр.


Тут, на 5.7 микрон, можно заглянуть в самые глубокие слои. Яркие области на этой длинне волны соответствуют антициклонам с наиболее чистой атмосферой.
Необычный результат на 3.3 микронах связан с тем, что на этой частоте наблюдается сильное поглощение излучения метаном.

[vika vorobyeva]

Вообще с абсолютной прозрачностью дело не складывается -- вступает в силу рэлеевское рассеяние

Как известно, рэлеевское рассеяние обратно пропорционально четвертой степени длины волны рассеиваемого света. Именно поэтому солнце на закате – красное, а небо – голубое, а не наоборот. Тусклое багровое сияние раскаленных недр Юпитера почти не будет рассеиваться (хотя, если можно так криво выразиться, излучение в близком ИК-диапазоне не будет рассеиваться еще больше).
В общем, паря в атмосфере Юпитера ниже уровня облаков, мы будем видеть небо и сверху, и снизу. Сверху – подсвеченные светом Солнца грязно-бурые или бежевые облака, снизу – тускло-красное, пышущее жаром небо юпитерианских недр. Четкой границы между ними не будет – скорее всего, горизонт будет тонуть в неопределенной серовато-коричневой дымке.
Я так думаю

[Forger]

Очень интересная тема! Человек по своей познавательной природе сенсуалист, хлебом не корми, дай если не пощупать, так хоть попятиться  Мне эта тема очень напомнила описание Юпитера "изнутри", сделанного давным-давно Стругацкими в "Пути к Альматее". Хоть они там и наделали некоторых ошибок, очень уж красиво всё представили, в том числе и красно-розовое свечение нижних слоев.

Понятно теперь, отчего такая сильная атмосферная активность у нашего гиганта  облака поглощают интенсивное инфракрасное излучение нижних слоев и, испаряясь, создают конвективные восходящие потоки.

Вероятно, те самые инфракрасные окна прозрачности также более прозрачны и для видимого света. Так что под ними, может быть, и виден пейзаж в свете далекого тусклого солнца. А под непрозрачными областями - только красный свет.

[Intertracer]

Этот снимок сделан с Хаббла почти за месяц до входа зонда в атмосферу (Click to enlarge). Обратите внимание на зловещие чёрные "просветы" между облаками

http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1995/46/image/a