Czy można wylądować na Jowiszu?

Jeden z portali popisał się ostatnio nagłówkiem o planowanym przez Chińczyków “lądowaniu na Jowiszu”. To oczywiście totalna bzdura, będąca produktem ignorancji redaktora. Warto jednak zadać sobie pytanie, co spotkałoby hipotetyczną misję, która wtargnęłaby daleko w głąb atmosfery gazowego olbrzyma?

Krótko: Czyście się szaleju najedli? O żadnym lądowaniu nie ma mowy. Co więcej, nigdy nie dotrzemy do jądra Jowisza ani nawet nie spenetrujemy jego głębi, z uwagi na absolutnie ekstremalne ciśnienie i temperaturę.

19 kwietnia na stronie głównej WP.pl dało się dojrzeć oszałamiającą informację, jakoby Chińczycy “za 10 lat chcieli wylądować na Jowiszu”. Nie trzeba posiadać specjalnego wykształcenia, aby pomyśleć, że coś w tym nagłówku nie gra. Wszakże do lądowania potrzeba kawałka gruntu nadającego się na lądowisko, zaś zewnętrzne planety Układu Słonecznego nie bez przyczyny nazywamy gazowymi olbrzymami. Pomyślałem jednak, że zamiast wyzłośliwiać się na szanownym redaktorze, uczynię z opublikowanej banialuki pożytek. Bo o ile (raczej) nikt  z nas nie ma wątpliwości, że lądowanie na Jowiszu to kiepski pomysł, o tyle, nie każdy zdaje sobie sprawę jak ekscytujące miejsce stanowi wnętrze największej planety naszego Układu i jak taka śmiała próba mogłaby przebiegać.

Lądowanie na Jowiszu

Z czym w ogóle mamy do czynienia? Jowisz to dorodna bulwa o masie ponad trzysta razy większej od Ziemi, zbudowana przede wszystkim z wodoru i helu. Nie od wczoraj uczeni podejrzewają, że trzewia tejże bulwy skrywają stosunkowo niewielkie, stałe jądro. Słysząc tę informację łatwo wykreować sobie w głowie prosty schemat, wedle którego Jowisz to kawałek skały otoczony przepastną, barwną atmosferą. Moglibyśmy sobie fruwać między amoniakowymi chmurami i po pokonaniu dziesiątek tysięcy kilometrów osiąść na gruncie. Jeżeli taki obrazek przeszedł wam przez myśl, to natychmiast go porzućcie. Wewnętrzna struktura tego olbrzyma jest dużo bardziej skomplikowana, a większość jego masy nie zawiera się wcale w gazowej atmosferze. Choć i tą niełatwo byłoby nam w całości zbadać, co pokazała praktyka.

W 1995 roku sonda Galileo wypuściła próbnik, który z otwartymi spadochronami opadł w kierunku majestatycznych czerwonawych chmur. W ciągu godziny urządzenie zdołało przemierzyć 200 km – czyli tyle co nic, zważywszy na gabaryty Jowisza – po czym aparatura uległa uszkodzeniu przez szybko rosnące ciśnienie (w czasie przerwania kontaktu było 22 razy większe od ziemskiego). Orbiter Galileo podążył śladem próbnika, kierując się ku planecie tuż przed wyczerpaniem paliwa w 2003 roku. Rozpadł się jeszcze szybciej. Za kilka lat podobny los czeka działającą obecnie sondę Juno.

Załóżmy jednak, że Chiny są naprawdę zdeterminowane i realnie snują plany spenetrowania wnętrza Jowisza. Jakie warunki musiałby znieść wehikuł dedykowany takiemu wyzwaniu? Na pewno skrajne. W najwyższych warstwach jowiszowej atmosfery ciśnienie wydaje się całkiem znośne, a temperatury spadają poniżej -100°C. Sytuacja zmienia się jednak błyskawicznie. Kolejne warstwy chmur filtrują większość światła, ale temperatura wzrasta wraz z szybko rosnącym ciśnieniem. Po dwustu kilometrach mierzymy się z tym samym co próbnik Galileo: ponad 20 atmosfer i 150°C. Wbrew pozorom na tym pułapie nie jest jeszcze najgorzej i obecna technologia pozwoliłaby nam wtargnąć nieco dalej. Wystarczy wspomnieć, że już sowiecka Wenera 7 potrafiła przetrwać 23 minuty na powierzchni Wenus. Sprostała ona trzykrotnie wyższej temperaturze i czterokrotnie większemu ciśnieniu od orbitera NASA. Oznacza to, że odpowiednio opancerzony próbnik mógłby przemierzyć jeszcze sto, może nawet kilkaset kilometrów.

Wnętrze Jowisza

Przez kolejne godziny nasza supermaszyna przebijałaby się przez ciągle gęstniejącą, już niemal nieprzeniknioną dla promieni słonecznych atmosferę. Dla uproszczenia pomijam tu problem niszczycielskiego pola magnetycznego, które zdewastowałoby całą zaawansowaną elektronikę; jak również kwestię potężnych wiatrów wywołanych zaskakująco szybkim tempem rotacji planety (jowiszowa doba trwa zaledwie 10 godzin!). Drastyczniejsza zmiana czekałaby na nas dopiero 20 tysięcy (!) kilometrów dalej. Mniej więcej na tej głębokości lotny wodór przechodzi w egzotyczny stan określany jako wodór metaliczny. Przy trudnym do ogarnięcia ścisku, najlżejszy pierwiastek przybiera zupełnie nowe właściwości, stając się czymś pomiędzy płynem a ciałem stałym oraz wykazując przewodnictwo elektryczne.  To intrygująca substancja, której laboratoryjne uzyskanie w ziemskich warunkach nadal sprawia ogromne problemy. Dopiero w 2016 roku fizycy z Harvardu pochwalili się stworzeniem próbki metalicznego wodoru w specjalnej diamentowej klatce, przy ciśnieniu 2 do 4 miliona razy wyższym od atmosferycznego. Modele teoretyczne przewidują, że właśnie tego rodzaju materia wypełnia większą część objętości Jowisza.

Nie jesteśmy jeszcze w 1/3 drogi do centrum gazowego olbrzyma, a niewyobrażalne ciśnienie i piekielna temperatura rzędu 6 tys.°C już przebijają to co moglibyśmy odczuć przebywając w jądrze Ziemi. To o wiele, wiele więcej niż potrzeba do stopienia żelaza czy tytanu, nie mówiąc o tym, że każdy próbnik już dawno uległby zmiażdżeniu. Zatem co z celem podróży, czyli jądrem największej planety? Tego bezpośrednio nie sprawdzimy i zawsze pozostaniemy zdani wyłącznie na teorie i symulacje. Obecnie – zgodnie z ostatnimi wyliczeniami zespołu Burkharda Militzera z Berkeley – uważa się, iż sam rdzeń Jowisza to skalno-metalowa bryła o masie 16 Ziem, otoczona warstwą zestalonego amoniaku i metanu. Możemy tylko zgadywać, że tamtejsze ciśnienie przekracza 50 milionów atmosfer, a temperatura sięga 40 tys.°C. Nie licząc wnętrza Słońca, to prawdopodobnie najbardziej niedostępny zaułek Układu Słonecznego.

Wynieśmy z tego następującą lekcję. Gazowe olbrzymy, wbrew nazwie, w dużej części wcale nie składają się z gazu. Nie zmienia to jednak faktu, że we wnętrzu tak masywnego obiektu musi panować odpowiednio potężne ciśnienie, a wraz z nim temperatura. Dlatego spenetrowanie wnętrza Jowisza, nie mówiąc o jakiejkolwiek formie lądowania, to całkowita mrzonka.

Jak długo potrwa misja Teleskopu Webba? Promieniowanie kosmiczne – największy problem Marsa O co chodzi z tym całym EmDrive?