Startuje misja JUICE. Zbada odległą planetę i jej księżyce

Celem misji JUICE są badania Jowisza i kilku jego dużych księżyców – Ganimedesa, Kallisto i Europy. ESA wskazuje pięć zagadek naukowych, które spróbuje rozwiązać. Można je podsumować następującymi zdaniami: Dlaczego księżyc Ganimedes jest tak unikatowy? Jak wyglądają księżyce z oceanami? W jaki sposób skomplikowane środowisko Jowisza ukształtowało jego księżyce, a także jaki był wpływ księżyców na to środowisko? Jaki jest typowy gazowy olbrzym, jak powstał i jak działa? Czy w systemie Jowisza istnieje lub istniało życie?

W szerszym spojrzeniu, misja wpisuje się w dwa kluczowe tematy programu Cosmic Vision 2015-2025: jakie są warunki powstawania planet i uformowania się życia, a także: jak funkcjonuje Układ Słoneczny.

Badania księżyców Jowisza

Jowisz posiada bardzo wiele księżyców (znanych jest ich już blisko 100), ale wśród nich wyróżniają się cztery, o których istnieniu ludzkość wie od ponad 400 lat, czyli od czasów, gdy Galileusz skierował lunetę w niebo. Z tego powodu zwane są księżycami galileuszowymi. Trzy z nich, Europa, Ganimedes i Kallisto, zostaną zbadane z bliska w ramach misji JUICE. Są to tzw. lodowe księżyce i przypuszcza się, że pod warstwami lodu mogą mieć oceany płynnej wody.

Podstawowym celem będą badania Ganimedesa, największego księżyca w Układzie Słonecznym. Ganimedes ma promień blisko 5300 km i jest większy od planety Merkury. Jako jedyny z księżyców w naszym systemie planetarnym posiada własne pole magnetyczne. ESA zaplanowała 12 przelotów sondy JUICE obok Ganimedesa. Sonda zbliży się nawet na 400 km od powierzchni. Potem wejdzie na orbitę wokół tego księżyca na wysokości zbliżającej się do 500 km od powierzchni. Będzie badać pole magnetyczne, ukryty pod powierzchnią ocean, skomplikowane wnętrze księżyca, lód, powłokę, oddziaływania z Jowiszem, dawną i obecną aktywność, zdatność do zamieszkania.

Kolejnym celem jest księżyc Kallisto, najstarszy w Układzie Słonecznym, z usianą kraterami powierzchnią, nieaktywny, będący pozostałością po wczesnym systemie Jowisza. Kallisto może również posiadać podpowierzchniowy, słony ocean. Nastąpi 21 przelotów w pobliżu Kallisto, a najbliżej do powierzchni sonda będzie miała 200 km wysokości. Podstawowym celem jest tutaj badanie środowiska wczesnego systemu Jowisza.

Trzecim księżycem do zbadania jest Europa, której powierzchnia jest młoda i aktywna. Nastąpią dwa przeloty, z największym zbliżeniem na wysokość 400 km. Wśród celów mamy tutaj poszukiwania biosygnatur i obszarów z wodą, zbadanie geologii, powierzchni, obszarów podpowierzchniowych, aktywności i środowiska. W przypadku Europy mogą występować gejzery wyrzucające parę wodną w przestrzeń kosmiczną.

Zorze polarne na Jowiszu

Sonda będzie też badać samego Jowisza i jego otoczenie. Jest tutaj zdefiniowanych sporo celów, a wśród nich badania atmosfery, środowiska magnetycznego, wulkanicznego księżyca Io, pyłowych pierścieni i mniejszych księżyców. Przykładowo naukowcy będą chcieli dowiedzieć się, jak z upływem czasu zmieniają się temperatury, wiatry i chemia górnej warstwy atmosfery Jowisza, a także dlaczego Wielka Czerwona Plama maleje, albo jakie są skutki uderzeń planetoid i komet w atmosferę planety.

Będą też badać zorze polarne Jowisza czy przyspieszanie cząstek w polu magnetycznym, aby zbadać podstawowe prawa fizyki. Innym ciekawym zagadnieniem jest kwestia, dlaczego istnieje stabilny związek pomiędzy orbitami Ganimedesa, Europy i Io (rezonans orbitalny 1:2:4 w okresach obiegu wokół planety), a także z czego zbudowana jest powierzchnia Io. Będzie też próba określenia, jak stare są pierścienie Jowisza i czy są stale odnawiane, z czego są zbudowane i czy ten materiał pochodzi od mniejszych księżyców. To tylko niektóre z pytań, na które spróbują odpowiedzieć naukowcy z projektu JUICE. Materiały ESA dotyczące misji zawierają ich więcej.

Planowany przebieg misji

Dotarcie do Jowisza nie będzie proste. Po wystrzeleniu z Ziemi, sonda w sierpniu 2024 roku ponownie minie naszą planetę i Księżyc. W sierpniu 2025 roku nastąpi przelot koło Wenus, w sierpniu 2026 roku ponowny przelot koło Ziemi i kolejny w 2029 roku. Wszystko po to, aby uzyskać od planet tzw. asysty grawitacyjne, pozwalające jak najmniejszym kosztem dotrzeć do Jowisza. Dotarcie do Jowisza ma nastąpić w lipcu 2031 roku, czyli za 8 lat. Od lipca 2031 roku do listopada 2034 roku nastąpi łącznie 35 przelotów w pobliżu lodowych księżyców Jowisza, a w grudniu 2024 sonda ma wejść na orbitę wokół Ganimedesa.

Główny realizatorem misji jest Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). W projekcie współpracuje także NASA, która dostarczyła jeden instrument (UVS) i sprzęt do dwóch europejskich instrumentów (RIME i PEP). Sprzęt do europejskich instrumentów RPWI, GAL i REP dostarczyła także japońska agencja kosmiczna JAXA, jak i izraelska agencja kosmiczna ISA (do instrumentu 3GM).

Wkład w niektóre elementy misji ma też Polska. W szczególności Centrum Badań Kosmicznych PAN odpowiada za wkład w część naukową, projektowało prototypy instrumentów i wykonywało modele lotne. Firma Astronika Sp. z o.o., projektowała modele kwalifikacyjne i lotne. Z kolei firma Sener Polska Sp. z o.o. wykonała podzespoły wchodzące w skład paneli słonecznych zasilających sondę. Udział wzięły też inne polskie podmioty.

Wystrzelenie sondy nastąpi przy pomocy rakiety nośnej Ariane 5 z Europejskiego Portu Kosmicznego w Gujanie Francuskiej. Będzie to ostatnia sonda ESA wyniesiona w kosmos przy pomocy Ariane 5. Kolejne mają być wystrzeliwane z użyciem nowych rakiet Ariane 6.

Procedura startu i przegotowań do niego przewiduje na kilka dni przed startem umieszczenie sondy na rakiecie Ariane 5, a potem umieszczenie rakiety na platformie startowej. 13 kwietnia ma nastąpić start. Po 26 minutach od startu z Ziemi nastąpi oddzielenie sondy kosmicznej od rakiety, a po 32 minutach od startu ESA będzie już kontrolować sondę. W 99 minucie od startu rozłożą się panele słoneczne, a od 16 godzin do 17 dni po wyruszeniu z Ziemi rozłożą się anteny i wysięgnik magnetometru.

JUICE to duża rozmiarowo sonda. Na pokładzie będzie 10 instrumentów naukowych (dziewięć kierowanych przez Europę, a jeden przez NASA), a dodatkowo jeden eksperyment o nazwie PRIDE związany z precyzyjnymi pomiarami przy pomocy ziemskich radioteleskopów, a także jeden monitor promieniowania (RADEM).

Wśród instrumentów będzie system kamery optycznej (JANUS), spektrometr widzialny i podczerwony (MAJIS), spektrograf ultrafioletowy (UVS), instrument działających na falach submilimetrowych (SWI), sygnalizator radarowy (RIME), wysokościomierz laserowy (GALA), eksperyment radiowy (3GM), magnetometr (J-MAG), pakiet do badania środowiska cząstek (PEP), instrument do badania fal radiowych i plazmy (RPWI).

JUICE jako pierwsza w historii sonda kosmiczna wejdzie na orbitę wokół księżyca innego niż ziemski. Jako pierwsza uzyska też asystę grawitacyjną ziemsko-księżycową. Oraz jako pierwsza zmieni orbitę z obiegającej inną planetę, na orbitę wokół księżyca tej planety.

Do tej pory Jowisza badało dziewięć sond kosmicznych. Najpierw przeleciały obok niego sondy Pioneer 10 (w 1973 roku), Pioneer 11 (w 1974 roku), Voyager 1 i Voyager 2 (w 1979 roku), Ulysses (w 1992 roku). Potem wokół planety krążyła sonda Galileo (1995-2003), w 2000 roku przeleciała w pobliżu sonda Cassini-Huygens (w drodze do Saturna), a w 2007 roku sonda New Horizons (w drodze do Plutona). Od 2016 roku wokół planety krąży sonda Juno. Sonda JUICE ma prowadzić badania w latach 2031-2035, a Europa Clipper od 2030 do 2035 roku. Wszystkie te sondy to misje amerykańskie, z wyjątkiem europejskiej JUICE i wspólnych amerykańsko-europejskich Ulysses i Cassini-Huygens.

W prowadzony przez ESA projekt zaangażowanych jest 18 instytucji, 23 kraje, 83 firmy, podpisano 116 kontraktów przemysłowych, udział w pracach wzięło ponad 2000 osób, a koszt misji to około 1,6 miliarda euro.

Gdyby ktoś chciał zobaczyć na nocnym niebie obiekty będące celem misji, to jest to jak najbardziej możliwe. Jowisza widać gołym okiem, a księżyce galileuszowe można dostrzec już przez niewielki teleskop, jako cztery punkty ułożone w jednej linii obok Jowisza. Gdy popatrzeć na nie w kolejnych dniach, wyraźnie widać zmiany ich położenia względem planety. Planeta w maju zacznie być widoczna nisko nad horyzontem przed wschodem Słońca, a w kolejnych miesiącach warunki jej widoczności zaczną się poprawiać. Jesienią będzie już bardzo dobrze widoczna wieczorami i w dalszej części nocy.(PAP)

Autor: Krzysztof Czart

kgr/