Krótko o tym, jak leniwiec wyekspediował sondę kosmiczną

Transport leniwca w bezpieczne miejsce. Źródło: ESA. Domena publiczna.

Sonda JUICE wyruszyła w ośmioletnią drogę 14 kwietnia 2023 roku, dzień po planowanym starcie (odwołanym z powodu zagrożenia burzowego). Starty rakiet ESA z tropikalnego raju, jakim jest Gujana Francuska, często niestety odbywają się przy zachmurzeniu, ale za to można liczyć na dodatkowe atrakcje.

Przy starcie rakiety Ariane 5 z sondą JUICE mieliśmy okazję przywitać sympatycznego… leniwca, który został szybko zlokalizowany dzięki wejściu w kadr transmisji na żywo. Zwierzę zostało bezpiecznie odtransportowane w spokojne miejsce, ale niewątpliwie będzie maskotką misji, zwłaszcza że lot sondy w kierunku Jowisza potrwa aż osiem lat, bo leniwa podróż z asystą grawitacyjną pozwoli oszczędzać paliwo na badania prowadzone na orbicie Jowisza i jego lodowych księżyców.

Sonda pokonała wszystkie etapy wzorowo i na koniec rozwinęła swoje imponujące „skrzydła” z panelami solarnymi – to największe panele w historii sond, mają 85 metrów kwadratowych powierzchni i dzięki nim JUICE nie musi „zasypiać”, tak jak działo się to w przypadku innych misji. Panele stanowiły nie lada wyzwanie technologiczne, ponieważ musiały być odpowiednio duże, ale także lekkie na tyle, by ich masa nie wpłynęła na najważniejsze przyrządy i nie przeszkadzała w dostarczaniu energii na potrzeby obserwacji, przy czym tak naprawdę to nie sama masa ogniw była tu problemem, ale konieczne do ich zabezpieczenia warstwy szkła – okolice Jowisza to ogromna burza promieniowania elektromagnetycznego.

Obraz zarejestrowany przez teleskopy Open University School of Physical Sciences na Teneryfie.

Start Ariane 5 wraz z kolejnymi etapami misji (animowanymi, JUICE nie ma kamer „pokładowych”) można obejrzeć w całości na kanale YouTube ESA, a my popatrzmy jeszcze raz na najtrudniejszy moment misji, czyli oderwanie się rakiety od ziemi.

Kosmiczny sok z Jowisza…

czyli początek nowej przygody.

Europejska Agencja Kosmiczna, ESA (European Space Agency), choć musi szybko dreptać, by dotrzymać kroku swojej starszej siostrze, NASA, od dawna angażuje się w interesujące misje, zwłaszcza związane z eksploracją obiektów innych niż planety. Od 1979 roku rozwija program Ariane, rakiet wynoszących na orbitę ładunki komercyjne i naukowe, a ponadto angażuje się w badania Ziemi, planuje ambitną misję Clearspace-1 (usuwanie śmieci z orbity naszej planety) i współpracuje z NASA i innymi agencjami w ramach wielu innych projektów (najbardziej znanym jest sonda Huygens, która wylądowała na Tytanie, księżycu Saturna. Zachęcam wszystkich do bliższego zapoznania się z projektami ESA, bo nie wszystkie są „popularne”, a agencja ma naprawdę imponujący dorobek.

Misja sondy Huygens, która zabrała się jako pasażer z sondą Cassini w 1997 roku, była wyjątkowa: jej celem było bowiem zbadanie księżyca Saturna, Tytana, który najbardziej przypomina naszą planetę: ma nawet wspaniałe jeziora, rzeki i morza z… no właśnie, nie z wody, a z węglowodorów, które w niskiej temperaturze „płyną”, obmywając lodowe skały. Trwający 72 minuty eksperyment zakończył się sukcesem, a zebrane dane nadal są analizowane przez naukowców. Sukcesy należy powtarzać, więc ESA wysyła kolejną sondę na kolejne księżyce naszego układu słonecznego, tym razem w kierunku Jowisza. Już 13 kwietnia można będzie (oby!) obserwować start rakiety Ariane 5, która wyniesie JUICE z Kouru w kierunku Jowisza. Podróż potrwa mniej więcej osiem lat, a po drodze sonda zahaczy o Wenus, Ziemię i Księżyc, by nabrać rozpędu, oszczędzając paliwo potrzebne na realizację czteroletniej misji już w okolicy samego Jowisza.

Plan misji JUICE. Źródło: ESA, materiały prasowe.

Nazwa misji to akronim od słów Jupiter Icy Moons Explorer, ponieważ sonda będzie badać trzy lodowe księżyce Jowisza: Europę, Kallisto i Ganimedesa. Dodatkowo dokona też kolejnych obserwacji Jowisza na potrzeby analizy egzoplanet, a dzięki misji być może uda się odpowiedzieć na pytanie, czy poza Ziemią gdzieś jeszcze w naszym układzie słonecznym było, jest lub może ma szansę rozwinąć się życie, nawet w formie bakterii czy innych organizmów. Cele misji wpisane są w tzw. ESA Cosmic Vision na lata 2015–2025: określenie warunków formowania się planet w całym kosmosie oraz powstawania życia, a także dostarczenie kolejnych informacji na temat naszego układu słonecznego, który nadal pozostaje w dużej mierze niezbadany (choć nam, przywykłym do fotografii, filmów i danych, może wydawać się to dziwne).

Jest to zdecydowanie europejska misja, choć przygotowana we współpracy z NASA i japońską JAXA, które dostarczyły niektóre przyrządy lub ich komponenty. Na pokład sonda zabiera aż dziesięć przyrządów, które posłużą do kompleksowych badań, a oprócz tego eksperyment o nazwie PRIDE (Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment), którego zadaniem będzie ocena wykorzystania interferometrii do jeszcze dokładniejszego określania parametrów statku kosmicznego. Kolejnym dodatkowym elementem będzie przyrząd do monitorowania poziomu promieniowania kosmicznego, niezwykle ważny na potrzeby ewentualnych misji załogowych.

Liczba przyrządów jest naprawdę imponująca, dlatego też sama sonda jest spora i wraz z paliwem waży około sześć ton. Co więc zabierze JUICE?

Schemat sondy JUICE. Źródło: ESA, materiały prasowe.
JANUS
układ kamer optycznych, które na pewno dostarczą nam wielu wspaniałych obrazów
UVS
(UV imaging Spectrograph), dostarczony przez NASA spektrograf (spektometr) działający w podczerwieni
MAJIS
(Moons and Jupiter Imaging Spectrometer), działający w paśmie widzialnym i podczerwieni spektrometr
SWI
(Sub-millimeter Wave Instrument), radioteleskop heterodynowy
GALA
(GAnymede Laser Altimeter) do pomiaru skorup lodowych i badania ich tektoniki
RIME
(Radar for Icy Moons Exploration), radar penetracyjny z możliwością pomiarów do 9 km wgłąb
J-MAG
magnetometr
PEP
(Particle Environment Package), spektrometr do pomiaru cząstek
RPWI
(Radio & Plasma Wave Instrument) do badania fal radiowych i pola elektromagnetycznego, pomiaru temperatury – tutaj mamy polski akcent
3GM
(Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons) do pomiaru oceanów pod lodową skorupą

Przygotowanie sondy, która przez cztery lata będzie wykonywać wiele pomiarów, było nie lada wyzwaniem. Jowisz i jego okolice to trudny orzech do zgryzienia z wielu względów: silne promieniowanie, temperatura -230 stopni Celsjusza, trudności w pozyskiwaniu energii słonecznej oraz ogromna odległość od Ziemi, co wymaga doskonałych parametrów anten i zastosowania najnowszych rozwiązań komputerowych oraz sztucznej inteligencji tak, by sonda działała bez zarzutu i by nie trzeba było za każdym razem diagnozować niewielkich problemów.

Kiedy już JUICE dotrze w okolice Jowisza, czym będzie się zajmować? ESA określiła pięć filarów misji: pytań, na które będziemy poszukiwać odpowiedzi.

Jak wyglądają i jakie mają cechy trzy księżyce Jowisza z lodową skorupą i oceanem pod spodem?

Spróbujemy dowiedzieć się, jak wyglądają oceany znajdujące się pod lodową powierzchnią trzech księżyców: jak gruba jest pokrywa lodowa, czy oceany są słone, czy słodkie, a także jak są głębokie. Zrozumienie tych kwestii może nam pomóc w poszukiwaniu życia na egzoplanetach i egzoksiężycach.

Co kryje się za polem magnetycznym Ganimedesa?

Ten księżyc będzie głównym celem misji, częściowo dlatego, że jest on największym księżycem naszego układu słonecznego, większym nawet od Merkurego!

Ganimedes w obiektywie Juno. Źrodło: NASA, domena publiczna.

Sonda będzie miała tu sporo pracy: Ganimedes ma bowiem wiele ciekawych zagadek do rozwiązania, takich jak pole magnetyczne przypominające ziemskie, intrygującą atmosferę i niesamowitą lodową pokrywę.

Czy księżyce Jowisza mogą lub mogły skrywać życie?

Ta część misji, choć nie jest to jej główny cel, na pewno intryguje każdego, kto choć raz zapoznał się z opisem JUICE: czy ukryte pod lodem oceany są na tyle przyjazne dla życia, że mogły lub będą mogły kiedyś je gościć? A może i teraz, skryte przed naszym okiem, pływają w nich organizmy podobne do ziemskich lub zgoła inne?

Kallisto w obiektywie sondy Galileo. Źródło: NASA, domena publiczna.

W jaki sposób Jowisz i księżyce oddziałują na siebie?

Ta część misji pomoże nam zrozumieć, jak powstają planety, księżyce i układy słoneczne: Jowisz i jego liczne „dzieci” to idealne środowisko do zbadania zależności grawitacyjnych, zapoznania się z aspektami rezonansu orbitalnego (1:2:4) czy wpływem Słońca i silnego pola magnetycznego planety na księżyce.

Jak powstają typowe gazowe olbrzymy i czym się charakteryzują?

Oprócz badania księżyców, misja JUICE ma na celu dokładniejsze przyjrzenie się samej planecie, jej atmosferze, całemu układowi, a także pierścieniom.

Jowisz w obiektywie Juno. Ciemna plama to cień Ganimedesa. Źródło: NASA, domena publiczna.

Na które z tych pytań najbardziej chcecie poznać odpowiedź?