Wie wird Juno die Existenz eines festen Kerns in Jupiter feststellen und seine Größe bestimmen?

Die Verwendung der Schwerkraft, um das verborgene Innere eines Planeten oder Mondes aus der Ferne zu betrachten, hat eine bemerkenswert lange Geschichte. Die Idee geht auf Newton zurück. Er schlug vor, die Abweichung eines Lots in der Nähe eines Berges von der vermessenen Normalen zu messen, um die Masse der Erde abzuschätzen. Er wies diese Idee angesichts der geringen Qualität der Vermessungsmessungen zu dieser Zeit als unpraktisch zurück. Es dauerte nicht lange, bis sich die Vermessungstechniken verbesserten. Bei der Vermessung der Mason-Dixon-Linie stellten Charles Mason und Jeremiah Dixon messbare Abweichungen eines Senklots vom vermessenen Normal fest. Mason half später bei der Auswahl eines Berges, der zum "Wiegen der Erde" verwendet werden konnte. Das Endergebnis war das Schiehallion-Experiment von 1774 ( http://en.wikipedia.org/wiki/Schiehallion_experiment ), das ein Ergebnis innerhalb von 20 % des aktuellen Werts lieferte.

Die modernen Nachfolger des Schiehallion-Experiments umfassen eine Reihe von Satelliten, mit denen die Gravitationsfelder der Erde, des Mondes und mehrerer Planeten gemessen werden. Diese Satelliten setzen die Arbeit des Schiehallion-Experiments fort, indem sie Einblicke in den inneren Aufbau dieser Körper geben. Einige dieser Satelliten (z. B. GRACE und GRAIL) hatten als einzige Aufgabe Gravitationsbeobachtungen. Viele andere hatten die Gravitationswissenschaft als eines von vielen Experimenten. Für wieder andere wie das von Apollo 16 gestartete PFS-2 ( http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2006/06nov_loworbit/ ) war die Entdeckung von Verrücktheiten der Schwerkraft eher unbeabsichtigt.

Das Gravitationsexperiment von Juno hat einen Vorläufer in dem wohl einfachsten aller jemals gestarteten Satelliten, den LAGEOS-Satelliten. Die LAGEOS-Satelliten haben keine Instrumente, keine Sensoren, keine Effektoren. Sie sind nur massive Messingkugeln, die mit Retroreflektoren bedeckt sind. Wissenschaftler pingen diese Retroreflektoren stattdessen mit bodengestützten Lasern an.

Schwerkraftexperimente geben einen etwas verworrenen Blick auf das Innere. Es hilft (sehr!), alternative Datenquellen zu haben. Juno-Wissenschaftler werden sowohl die Gravitationsergebnisse als auch die Magnetfeldmessungen verwenden, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie Jupiters Inneres aussieht.

Es stellt sich heraus, dass die Art und Weise, wie sie das tun werden, ziemlich anders ist als meine anfänglichen Gedanken, alles ordentlich erklärt von Bill Nye in einem seiner Why With Nye -Videos, die er für die Juno-Mission der NASA gemacht hat:

   ^{Gravitationsgestörter Orbit der Raumsonde Juno, während sie den Planeten Jupiter umkreist (Video: Bill Nye Asks Does Jupiter Have A Core? )}

Das Video macht ziemlich viel Spaß, also klicken Sie auf das Bild oben und alles wird enthüllt. Für die Textophilen unter euch lautet die Erklärung aber so:

Kern oder nicht

Wir wissen nicht, was in Jupiter ist. Jupiter könnte einen Kern aus Schwermetall haben, der ins Zentrum abgesenkt ist. Oder es könnte sein, dass Jupiter dieses exotische Material, das Wasserstoff ist, unter einem solchen Druck gepresst hat, dass der Wasserstoff wie ein Metall wirkt. Metallischer Wasserstoff . Nun, wir können Jupiter nicht halbieren. Wir haben diese Fähigkeit nicht. Stattdessen haben wir ein glückliches kleines Raumschiff im Orbit um Jupiter.

[Ich bin ein kleines Raumschiff ...]

Jetzt, während er umkreist, glauben wir fest daran, dass es aufgrund winziger Schwankungen in der Schwerkraft des Jupiters zu geringfügigen Abweichungen in seiner Bahn kommen wird. Und das wird uns helfen herauszufinden, was drin ist. Wie würden wir nun die winzigen Schwankungen der Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs um einen riesigen Planeten messen, der Millionen von Kilometern von hier entfernt ist? Wir würden es tun, indem wir die Frequenz von Radiowellen messen. Radiowellen, die vom Raumschiff kommen, und Radiowellen, die von der Erde kommen. Wir können diese Schwankungen mithilfe des Doppler-Effekts messen .

[Stellt den Wecker auf einen alten Wecker und dreht ihn an einer Schnur herum]

Hören Sie auf das Geräusch, wenn sich der Wecker auf Sie zubewegt. Hören Sie nun auf das Geräusch, wenn sich der Wecker entfernt. Wenn es sich auf Sie zubewegt, wird der Ton höher. Wenn es sich wegbewegt, wird der Ton tiefer. Nun, dieser Effekt oder dieses Phänomen wurde zuerst von einem Mann namens Christian Doppler beschrieben . Und bis heute hätte mein Bruder gerne eine Rock'n'Roll-Gruppe namens Christian Doppler und The Effects . Aber der Vorname meines Bruders ist nicht christlich.

Wir glauben also, dass wir durch die genaue Messung der Bahn von Juno, während sie Jupiter umkreist, unter Verwendung des Doppler-Effekts in der Lage sein werden, anhand der Schwerkraft des Jupiter die Natur dessen zu bestimmen, was sich darin befindet. Ist es Schwermetall? Ist es metallischer Wasserstoff? Oder ist es ...

[Raaaaaaaaaaaa!!!!!!]

Ja, ich habe gerade das Video transkribiert!! Raaaaaaaaaaaa!!!!!!

(Eine etwas konventionellere Erklärung ist auch hier verfügbar )