¿Cómo establecerá Juno la existencia de un núcleo sólido dentro de Júpiter y determinará su tamaño?

Uno de los objetivos establecidos para la misión New Frontiers Juno de la NASA es estudiar el interior de Júpiter y determinar si este gigante gaseoso tiene un núcleo sólido y qué tan grande es. Esto se menciona varias veces en la página de Juno de la NASA , por ejemplo:

Juno medirá la cantidad de agua y amoníaco en la atmósfera de Júpiter y determinará si el planeta realmente tiene un núcleo sólido, resolviendo directamente el origen de este planeta gigante y, por lo tanto, del sistema solar. Al mapear los campos magnéticos y gravitatorios de Júpiter, Juno revelará la estructura interior del planeta y medirá la masa del núcleo.

Pero suponiendo que Júpiter tenga un núcleo sólido, ¿cómo se establecerá su tamaño? ¿Será esto debido a los datos estadísticos de su magnetómetro vectorial (MAG) y determinar dónde se produce la reconexión magnética? ¿O por cualquier otro medio?

Preguntando a Júpiter cortésmente.

Respuestas (2)

El uso de la gravedad para mirar de forma remota el interior oculto de un planeta o una luna tiene una historia notablemente larga. La idea se remonta a Newton. Sugirió medir la divergencia de una plomada cerca de una montaña desde el normal medido como un medio para evaluar la masa de la Tierra. Descartó esta idea por poco práctica dada la baja calidad de las mediciones topográficas en ese momento. Las técnicas topográficas no tardaron mucho en mejorar. Mientras inspeccionaban la línea Mason-Dixon, Charles Mason y Jeremiah Dixon notaron desviaciones medibles de una plomada con respecto a la medición normal. Mason luego ayudó a seleccionar una montaña que podría usarse para "pesar la Tierra". El resultado final fue el experimento Schiehallion de 1774 ( http://en.wikipedia.org/wiki/Schiehallion_experiment ), que dio un resultado dentro del 20 % del valor actual.

Los sucesores modernos del experimento Schiehallion incluyen una serie de satélites utilizados para medir los campos de gravedad de la Tierra, la Luna y varios de los planetas. Estos satélites continúan el trabajo del experimento de Schiehallion al brindar información sobre la composición interna de estos cuerpos. Algunos de estos satélites (p. ej., GRACE y GRAIL) tenían como único trabajo la observación de la gravedad. Muchos otros tenían la ciencia de la gravedad como uno de muchos experimentos. Para otros, como el PFS-2 lanzado por el Apolo 16 ( http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2006/06nov_loworbit/ ), descubrir las rarezas de la gravedad fue bastante involuntario.

El experimento científico de gravedad de Juno tiene un predecesor en lo que posiblemente sea el más simple de todos los satélites jamás lanzados, los satélites LAGEOS. Los satélites LAGEOS no tienen instrumentos, ni sensores, ni efectores. Son simplemente bolas de latón macizo cubiertas con retrorreflectores. En cambio, los científicos hacen ping a esos retrorreflectores con láseres terrestres.

Los experimentos de gravedad dan una visión algo confusa del interior. Ayuda (¡mucho!) tener fuentes alternativas de datos. Los científicos de Juno utilizarán tanto los resultados de la gravedad como las mediciones del campo magnético para hacerse una idea de cómo es el interior de Júpiter.

No entiendo cómo la órbita de la nave espacial distinguirá un núcleo líquido de un núcleo sólido de lo que sea que hace el hidrógeno a esa presión, si no es un núcleo sólido. ¿Hay alguna firma que pueda mostrar sin ambigüedades que el núcleo es sólido o no, sin muchas otras suposiciones sobre la estructura interna y la distribución de densidad, o en realidad depende bastante del modelo y aún dejará cierta incertidumbre significativa? ¿Esto solo funciona si el núcleo es achatado debido a la rotación (esféricamente simétrico, todas las apuestas están canceladas) o también se necesitarán términos de orden superior ("rugosidad")?
@uhoh: los modelos de gravedad se expresan en términos de coeficientes armónicos esféricos. El término 0,0 es la parte esféricamente simétrica. Eso no nos dice mucho. (Nos informa sobre la masa de Júpiter, pero las lunas de Júpiter ya brindan esa información). Son los términos de orden superior en dicho modelo los que nos dirán mucho sobre el interior de Júpiter. Los armónicos zonales impares deberían proporcionar información sobre los vientos de Júpiter, como la profundidad a la que penetran. Las variaciones de tiempo en los armónicos zonales pares (causados ​​por las mareas inducidas por el Sol y las lunas de Júpiter) deberían proporcionar información sobre el interior profundo de Júpiter.
OK "zonal" significa m=0, axialmente simétrico? n=even están dominados por efectos que son simétricos con respecto al ecuador, que se encuentra aproximadamente en el plano de la eclíptica. Entonces, ¿no da información sobre los vientos porque son aleatorios y no simétricos? no entiendo eso Pero en realidad, mi primer comentario es tratar de continuar haciendo la pregunta original: " ¿Cómo establecerá Juno la existencia de un núcleo sólido dentro de Júpiter y determinará su tamaño? " Hasta ahora no veo una respuesta real a cómo la presencia o ausencia de la órbita de Juno (doppler, etc.) establecerá un núcleo sólido. ¿Cómo?
David, ¿puedo pedirte que incluyas ese comentario largo en la respuesta? Estaba bastante desconcertado por las afirmaciones de usar mediciones Doppler para discernir la estructura del núcleo, ya que un núcleo esférico debería ser indistinguible de un manto esférico más denso, pero ese comentario hace que parezca más razonable.

Resulta que la forma en que lo van a hacer es un poco diferente a mis pensamientos iniciales, todo claramente explicado por Bill Nye en uno de sus videos Why With Nye que hizo para la misión Juno de la NASA:

   ingrese la descripción de la imagen aquí

   Órbita perturbada por la gravedad de la nave espacial Juno mientras orbita el planeta Júpiter (video: Bill Nye pregunta ¿Júpiter tiene un núcleo? )

El video es bastante divertido, así que haga clic en la imagen de arriba y todo será revelado. Sin embargo, para los textófilos entre ustedes, la explicación es la siguiente:

Núcleo o no

No sabemos qué hay dentro de Júpiter. Júpiter podría tener un núcleo hecho de metal pesado, hundido hasta el centro. O podría ser que Júpiter tenga este material exótico que es hidrógeno, comprimido bajo tal presión, que el hidrógeno actúa como un metal. Hidrógeno metálico . Ahora, no podemos cortar a Júpiter por la mitad. No tenemos esa capacidad. En cambio, tenemos una pequeña nave espacial feliz en órbita alrededor de Júpiter.

[Soy una pequeña nave espacial...]

Ahora, mientras orbita, creemos firmemente que habrá ligeras variaciones en su trayectoria debido a pequeñas variaciones en la gravedad de Júpiter. Y eso nos ayudará a descubrir qué hay dentro. Ahora bien, ¿cómo mediríamos las diminutas variaciones de la órbita de una nave espacial alrededor de un gran planeta, a millones de kilómetros de aquí? Lo haríamos midiendo la frecuencia de las ondas de radio. Ondas de radio provenientes de la nave espacial y ondas de radio provenientes de la Tierra. Podemos medir esas variaciones usando el efecto Doppler .

[Configura la alarma para que suene en un viejo despertador y lo hace girar en una cuerda]

Escuche el sonido, mientras el despertador se mueve hacia usted. Ahora escucha el sonido mientras el despertador se aleja. A medida que se mueve hacia ti, el sonido se vuelve más agudo. A medida que se aleja, el sonido se vuelve más grave. Ahora bien, este efecto, o este fenómeno, fue descrito al principio por un hombre llamado Christian Doppler . Y hasta el día de hoy, a mi hermano le gustaría tener un grupo de rock'n'roll llamado Christian Doppler y The Effects . Pero el primer nombre de mi hermano no es Christian.

Entonces, creemos que midiendo con precisión la trayectoria de Juno mientras orbita alrededor de Júpiter, utilizando el efecto Doppler, podremos determinar a partir de la gravedad de Júpiter la naturaleza de lo que hay dentro. ¿Es heavy metal? ¿Es hidrógeno metálico? O es eso ...

[¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡

Si, acabo de transcribir el video!! Raaaaaaaaaaaaaa!!!!!!

(Una explicación un poco más convencional también está disponible aquí )

(Tenga en cuenta que el enlace se pudrió en ese último bit).
¿Cómo establecerá Juno la existencia de un núcleo sólido dentro de Júpiter y determinará su tamaño?
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