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.

Nieco dłużej: 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.

  • Marek Witbrot

    “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).”

    W tym frag­men­cie coś mi jednak nie pasuje. Próbnik nie wytrzy­mał ciśnie­nia zaledwie 20 atmosfer? Trochę jednak mało.

    • tabol

      Próbnik rozu­miany jako jakaś metalowa kapsuła może i prze­trwał dłużej, ale apa­ra­tura czy anteny już nie­ko­niecz­nie.

      • schi­zo­afekt

        No ok, ale jak Jowisz nie ma stałej powierzchni, skoro jego jądro jest zbu­do­wane ze skał?

      • P4CH

        Może i ma stałą powierzch­nię, ale nie można na niej wylą­do­wać na podobnej zasadzie jak poczuć dna nie­osło­niętą ręką w zbior­niku wypeł­nio­nym wodą kró­lew­ską 😉

  • Kuba

    A może nie chodzi o lądo­wa­nie na stałej powierzchni, tylko o spusz­cze­nie czegoś w rodzaju baty­skafu. Wtedy przy odpo­wied­niej gęstości unosił by się w atmos­fe­rze Jowisza niczym cepelin.

  • Oony

    W XIX wieku ludzie podobnie mówili o lądo­wa­niu na księżycu.

    “Dlatego spe­ne­tro­wa­nie wnętrza Jowisza, nie mówiąc o jakiej­kol­wiek formie lądo­wa­nia, to cał­ko­wita mrzonka.” — trochę pokory, wypa­da­łoby dodać: dzisiaj.

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Och, zapew­niam Cię pokornie, że w XXII wieku fizyczne podró­żo­wa­nie po trze­wiach gazowych olbrzy­mów będzie tak samo nie­moż­liwe jak w chwili obecnej. “Nie­moż­li­wo­ści” w nauce bywają różne i wynikają z zupełnie odmien­nych prze­sła­nek. Porów­na­nie do lotu na Księżyc nie­spe­cjal­nie mnie prze­ko­nuje, bo choć nawet na początku XX stulecia patrzono nań scep­tycz­nie, to jednak zdawano sobie sprawę z tego co taką podróż może umoż­li­wić. Tu jesteśmy znacznie, znacznie dalej. Ale oczy­wi­ście, zawsze można dywa­go­wać na zasadzie: “Wszystko jest możliwe, bo gdzieś, kiedyś, ktoś dokona prze­wrotu, o którym się filo­zo­fom nie śniło”. Jak tak będzie to będzie, ale na razie wolę opierać się na tym co wiemy i możemy prze­wi­dzieć. 😉

      (Na mar­gi­ne­sie, zawsze zasta­na­wia mnie jak prze­wrot­nie można używać słowa “pokora”. Jedni mówią, że pokora względem nauki/ludzi nie pozwala wyklu­czać żadnej ewen­tu­al­no­ści. Z drugiej strony pokora względem potęgi i rozmachu natury, powinna sku­tecz­nie studzić tego typu prze­wi­dy­wa­nia).

  • Jarosław Psikuta

    Z prawie wszyst­kim się zgodzę. Nie wydaje mi się jednak, żeby stałe pole magne­tyczne Jowisza miało jakoś spe­cjal­nie zaszko­dzić elek­tro­nice poten­cjal­nego lądow­nika.

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Jesteś pewny? Bo nawet przy okazji misji Juno pisano wiele o obawach zwią­za­nych z moż­li­wo­ścią uszko­dze­nia elek­tro­niki przez magne­tos­ferę Jowisza. Między innymi w związku z tym sonda porusza się po bardzo wydłu­żo­nej orbicie, coby nie prze­by­wać w pobliżu możliwie krótko; a także wypo­sa­żono sondę w odpo­wied­nie panele ochronne.

      • Jarosław Psikuta

        Pewny nie jestem ale przy­pusz­czam, że chodzi nie o bez­po­średni wpływ pola magne­tycz­nego a raczej tego całego zjo­ni­zo­wa­nego pie­roń­stwa co lata wokół Jowisza na skutek oddzia­ły­wa­nia magne­tos­fery (zjo­ni­zo­wane cząstki wiatru sło­necz­nego itd.). Trochę jest o tym na Wiki.

  • albo

    Fajny wpis. Ciekawym uzu­peł­nie­niem byłaby infor­ma­cja o tym, czego brakuje Jowi­szowi, żeby stać się gwiazdą.

    • BloodMan

      Gdyby Jowisz miał 20 razy większą masę to nazy­wa­li­by­śmy go Brązowym Karłem — a nasz układ sło­neczny byłby Układem Podwój­nym, nato­miast…
      gdyby miał masę od 50 do 100 razy większą to by się zapalił i mie­li­by­śmy dwa słońca.
      I bardzo duży problem na Ziemi.

      • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

        Aż się przy­po­mina Odyseja Kosmiczna 2010 i Lucyfer. #pdk 😉

    • Teresa

      W gwiaz­dach zachodzą procesy ter­mo­ją­drowe.

  • luk b

    Dlaczego Jowisz jest gazowym olbrzy­mem a nie wielką planetą skalistą? Kiedy planeta może być skalista a kiedy gazowa ?

    • Michał Skichał

      Dobre pytanie. Obawiam się, że nie mamy tutaj żadnej prostej odpo­wie­dzi (prostej nie jw sensie pro­stac­kiej, ale w sensie ele­ganc­kiej oczy­wi­sto­ści jak np. twier­dze­nie Pita­go­rasa). Z tego co mnie jest wiadomo, to gwiazdy rodzą się po przez “przy­cią­ga­nie” “do środka” materii z obłoku gazowo-pyłowego. Proces jest bardzo dyna­miczny i w pewnym momencie wprawia obłok ruch wirowy, nasila takowy, czego kon­se­kwen­cją jest, że w samym środku tej kotłu­ją­cej się chmury ulega on kom­pre­sji i spłasz­cze­niu w postaci dysku akre­cyj­nego. Pro­to­gwiazda nabiera masy “zasy­sa­jąc” materię z tegoż dysku, niejako temu właśnie ten dysk służy (materia obłoku gazowo-pyłowego opada na dysk, a z centrum dysku prze­cho­dzi do pro­to­gwiazdy). W samym dysku, jak mniemamy, zachodzą również lokalne zjawiska, takie jak zbry­la­nie się drobnych czą­ste­czek che­micz­nych i ziarenek pyłu w większe zbitki, które z kolei zbijają się w większe i tą drogą rodzą się tamże agre­gu­jące skupiska materii. O ile pro­to­gwiazda zasysa gaz z samego środka dysku, tak na “rubie­żach” dysku akre­cyj­nego panują inne warunki i gaz znaj­du­jący się tamże ma więcej “swobody”. W efekcie skupiska materii powsta­jące blisko środka dysku nie mają szans na “przy­ssa­nie” do siebie zbyt dużej ilości gazu, nato­miast skupiska materii na rubie­żach dysku wprost prze­ciw­nie — masa rodzi gra­wi­ta­cję, a ta przy­ciąga do siebie materię, a więc “zasysa” pobliski gaz. Krótko mówiąc, mam wrażenie, że być może każda planeta mogłaby powsta­wać jako mie­sza­nina cięż­szych pier­wiast­ków, jak żelazo, nikiel, krzem, przy czym planety powsta­jące w środku dysku pro­to­pla­ne­tar­nego nie mają takiej swobody w przy­cią­gnię­ciu do siebie gazu z oto­cze­nia, jak planety znaj­du­jące się na rubie­żach. Dalej, planety bliższe pro­to­gwieź­dzie rodzą się w wysokiej tem­pe­ra­tu­rze, ponadto jako zde­rza­jąca się kupa pla­ne­to­zy­mali ciągle się nadtapia przy kolej­nych zde­rze­niach. Młoda planeta jest więc raczej baridzje płynna niż stała, co pomaga dyfe­ren­cja­cji, czyli opadaniu do środka żelaza z niklem i wypły­wa­niu ku górze krzemu. Jak już gwiazda się narodzi, to emituje bardzo silne pro­mie­nio­wa­nie, które wydmu­chuje z oto­cze­nia resztki gazu i pyłu, odsła­nia­jąc planety. Wówczas planety skaliste stygną, a gazowe — okazują się pozo­sta­wać gazowymi. Nie może być inaczej, jak przy­pusz­czamy, skoro głównym skład­ni­kiem planet gazowych jest to, co znajduje się w chmurach gazowo-pyłowych two­rzą­cych gwiazdy, a więc wodór, hel, także metan, woda. Zatem odpo­wiedź na Twoje pytanie, jaką bym ośmielił się zapro­po­no­wać, brzmia­łaby, że o tym, czy planeta będzie taka lub inna, może decy­do­wać odle­głość od pro­to­gwiazdy w dysku pro­to­pla­ne­tar­nym, w jakiej się kształ­tuje.

  • Ja

    Przy­po­mniało mi Podróż na Amalteę Stru­gac­kich.