Краски Юпитера

Сравнивая изображения Юпитера в ИК- и видимом свете (соответственно верхний и нижний снимки), мы сравниваем и нечто большее, чем просто фотографии. Правый снимок был получен с борта космического аппарата "Вояджер-1", находящегося на пути к гигантской планете, а левый - почти одновременно с ним с помощью наземного ИК-телескопа.

"Пионер-10" и "Пионер-11", получившие первые снимки Юпитера с помощью фотополяриметра, пролетали мимо самой большой планеты Солнечной системы на близком расстоянии 3 декабря 1973 г. и 2 декабря 1974 г. "Вояджер-1" и "Вояджер-2", оборудованные более совершенными датчиками, достигли окрестностей Юпитера соответственно 5 марта и 9 июля 1979 г. На этот раз камеры, оснащенные видиконами, передали изображения спутников Юпитера и его облаков. На аппаратах "Пионер" и "Вояджер" имелись также ИК- радиометры, не предназначенные, однако, для получения изображений. Фотографирование Юпитера в ИК-лучах осуществлялось только с Земли, что, естественно, ограничивало доступный спектральный диапазон.

"Пионеры" передали на Землю около 1000 снимков Юпитера и его спутников, а оба "Вояджера" - более 35000 изображений. Наилучшее разрешение на крупноплановых снимках, полученных "Пионерами", составляет 190 км, тогда как видиконы с медленной разверткой, установленные на "Вояджерах", обеспечивали разрешение до 2-3 км. Столь огромная разница объясняется различием в конструкции приборов: на "Пионерах" устанавливались фотоумножители с механической разверткой, а каждый "Вояджер" имел по две телевизионные камеры с сернисто-селеновыми видиконами; одна из камер оснащалась объективом с фокусным расстоянием 20 см и углом зрения 3°, а другая - объективом с фокусным расстоянием 150 см и углом зрения 0,4°. Цветное изображение получалось путем цветоделения (последовательной съемки через синий, зеленый и оранжевый фильтры). Турель с фильтрами, установленная перед объективом, давала возможность выбирать и другие участки спектра. Растр изображения содержал 800X800 точек; шкала яркости имела 256 ступеней. Преобразование информации в цифровую форму осуществлялось на "Вояджерах" в 14 тыс. раз быстрее, чем на "Маринере-4" в 1965 г.

Изображение в ИК-лучах (вверху) было получено на длйне волны 5 мкм с помощью 5-метрового зеркального телескопа системы Кассегрена на обсерватории Маунт-Паломар. Изображение составлено из 128X 128 точек (вновь с выделением 256 градаций яркости) с помощью криостатированного датчика на основе антимонида индия. За несколько лет до полета "Вояджеров" Ричард Террил и Джеймс Вестфал из Калифорнийского технологического института, сравнивая результаты наземных наблюдений в оптическом и ИК-диапазонах, показали, что самые горячие области (наиболее яркие на выполненном в условных цветах изображении, вверху) коррелируют с серо-голубыми деталями темных полос ("поясов") и антикоррелируют с более светлыми желтовато-белыми полосами ("зонами"). Условия атмосферной видимости, однако, не позволяют достигнуть разрешения лучше 4300 км.

Снимок в видимых лучах (внизу, север вверху) был сделан с борта "Вояджера-1" примерно через час после получения ИК-изображения; за это время Большое Красное Пятно (на уровне нижней трети диска) успело переместиться от левого края диска к середине. Совершенно ясно, что белая зона в северном полушарии Юпитера холодная (на ИК-снимке она черная), а наиболее темные детали в Северной экваториальной полосе - горячие (на ИК-снимке белые). Большое Красное Пятно само холодное, но окружено теплым "ореолом".

Корреляция между цветами в видимом спектре и яркостной температурой планеты на 5 мкм (см. Спутник на любой сезон) имеет большое значение. Более горячие области лежат глубже в атмосфере, ближе к глубинному источнику тепла, за счет которого - как установил Вестфал в 1969 г. - Юпитер излучает вдвое больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. Спектральный максимум ИК-избытка приходится на 5 мкм, так что на этом снимке, по существу, мы видим Юпитер в свете его собственного ИК-излучения.

10 января 1979 г. Обсерватория Маунт-Паломар, Калифорния (вверху); 'Вояджер-1', 535 млн. км от Юпитера (внизу). Р. Террил и Р. Биб (вверху) Инфракрасный сканирующий радиометр (5 мкм) на 5-метровом рефлекторе (внизу); видикон с широкоугольным объективом (фокусное расстояние 20 см) и турелью со светофильтрами (внизу). Лаборатория реактивного движения, Пасадена, Калифорния; НАСА [223, 255, 274]

Дальнейшее изучение снимков, полученных "Вояджерами", привело Террила и Тобиаса Оуэна к следующей картине строения атмосферы Юпитера. Верхний слой облачности представляет собой перистую дымку, состоящую из аммиачных кристаллов и образующую сплошной покров. Ниже находится бурый слой облаков (как, например, в Северной экваториальной полосе), состоящих из гидросульфида аммония. В просветах бурых облаков видны темно-коричневые "барражи", характерные для определенных широт Северного полушария.

Наконец, самые глубокие "окна" открывают горячие серо-голубые пятна, лежащие в экваториальной области. Возможно, серо-голубой цвет присущ всему нижнему слою, однако не исключено, что он обусловлен рэлеевским рассеянием в "чистой" атмосфере - иовианский эквивалент земной небесной голубизны. Большое Красное Пятно напоминает муху в сметане; оно поднимается выше самого верхнего белого слоя облаков, но упрямо сохраняет свою оранжево-красную окраску.