Amit szabad Jupiternek - A Juno-misszió

Tudomány

Egy kutatószonda fogja felderíteni a Naprendszer legnagyobb bolygójának titkait. Hamarosan kiderül, mi rejlik a felhők alatt!

A Juno űrszonda egy Atlas V 551-es rakéta segítségével csaknem öt éve, 2011. augusztus 5-én indult útjára Cape Canaveralról, majd 2,8 milliárd kilométer megtétele után július 4-én a Jupiter körüli pályára állt, s megkezdte 20 hónapig tartó kutatómunkáját. Az űrmisszió bravúros kivitelezése és precíz végrehajtása nem csupán az óriásbolygó feltérképezése miatt kulcsfontosságú – a későbbi expedíciók is hasznosíthatják tanulságait.

A felhőkön túl

Az űrjármű, amelyben három Lego-figura is helyett kapott (lásd illusztrációnkat és Juno és Lego című keretes írásunkat), bonyolult manőverek segítségével jutott el célállomására: 2013 októberében például ismét elhaladt a Föld mellett, hogy az így nyert gravitációs rásegítés, az ún. csúzlihatás segítségével biztonságosan érhesse el a Jupiter környezetét. Csakhogy az óriásbolygó közelébe kerülve annak gigantikus gravitációs hatása 266 ezer km/h-ra gyorsította fel. Ahhoz, hogy lelassítsák s megfelelő pályára állítsák, röpke 2,102 másodpercre be kellett kapcsolni a Juno speciális üzemanyag-keverékkel (hidrazin és nitrogén-tetroxid) működő LEROS 1b típusú főhajtóművét, és ilyen rövid idő is elég volt ahhoz, hogy az addig hiperbolikus (azaz nyitott) pályán haladó szondát a zárt, jelentősen elnyúlt (nagy excentricitású) elliptikus pályára állítsa, melynek egyik gyújtópontjában van a Jupiter. Ez azért előnyös, mert így a szonda és műszerei csak bizonyos periódusonként kerülnek közel az óriásbolygó igen erős sugárzási övezetéhez, ahol a bolygó mágneses mezeje által befogott töltött részecskék keringenek. A Juno két, egyenként 53 napig tartó fordulatot fog megtenni a Jupiter körül, majd október 19-én újabb pályakorrekcióba kezd a LEROS 1b, amelynek nyomán csökken a szonda pályájának excentricitása (elnyúltsága), s így már 14 nap alatt kerüli meg a bolygót, vagyis jóval gyakrabban tér vissza a közelségébe. Egy rövid időre csak mintegy 4300 kilométerre lesz a Jupitertől, viszont bolygó körüli útjának legtávolabbi pozíciójában már túlnyúlik a Kallisztó, a Jupiter legkülső Galilei-féle holdjának pályáján is. A szonda összesen 37 kutatási célú fordulatot tesz meg, azután tervezetten elpusztul. E tudatos „kinyírásra” azért van szükség, mert a bolygó erős magnetoszférájával való találkozás jelentősen károsíthatja az űrjármű műszereit és navigációját, ezért esetleg ütközhet a Jupiter holdjaival, s ez felesleges űrszemét keletkezésével és a holdak esetleges elszennyeződésével járhat. Ezért 2018 februárjában, missziója végén, úgy 5-6 nap alatt a Jupiter sűrűbb légkörébe navigálják a Junót, ahol a nagy sebességű eszköz és a bolygó nehéz atmoszférája közötti súrlódás egyszerűen felperzseli és apró elemeire szaggatja.

Övé a pálya

A Juno ebben a pillanatban is ún. poláris pályán kering a Jupiter körül, ami azt jelenti, hogy az óriásbolygó pólusai felett halad el, de gyakorlatilag minden fordulat során más hosszúsági körön mozog. Ennek komoly jelentősége van, elvégre ilyen orbitális pálya esetén nyílik mód a bolygó összetételének, gravitációs és mágneses mezejének, valamint sarki magnetoszférájának a legalaposabb tanulmányozására. Ráadásul a poláris pályán haladva a Juno kisebb sugárzási dózist kap, mint egykoron egyenlítői pályán keringő elődje, a Galileo űrszonda (lásd Elődök vállán című keretes írásunkat), ami 1995 és 2003 között szegődött az óriásbolygó kísérő­jéül. A Juno műszerezettsége és meghajtása természetesen fejlettebb elődjénél. Az nem újdonság, hogy többnyire napelempa­nelek hajtják, s hogy ezek juttatták el öt év alatt mostani célállomására is, hiszen a Naprendszer belső részein jól működik ez az eljárás. Ám a külső régiókban, ahol jóval „vékonyabb” a napsugárzás ereje, elkelhet némi rásegítés, így azután előkerülnek a radioizotóp alapú termoelektromos generátorok, amelyek a radioaktív izotópok bomlása során felszabaduló hőenergiát hasznosítják – ilyenek hajtották a Galileót is. Azonban a Juno már nem szorul rá erre a segítségre, a Jupiter kellő közelségben van a Naphoz, hogy éltető energiával lássa el a szondát, amelynek megvannak az eszközei arra, hogy ezt kihasználja. Soha egyetlen bolygóközi misszió során nem építettek be ekkora mennyiségű napelempanelt egy űr­járműbe, ráadásul az ezekből álló három hatalmas kar nemcsak energiát termel, hanem kulcsfontosságú a jármű stabilitása szempontjából is.

A Juno missziója ugyan rövidebb, mint a Galileóé volt, mindössze 20 hónap, de sokkal intenzívebb munkát fog végezni. Fedélzetén kilenc különböző célra rendeltetett, rendkívül érzékeny műszert helyeztek el, amelyeket az elliptikus pályára állítás előtti manőver előtt elővigyázatosságból ugyan lekapcsoltak, de öt már működik, s a többit is üzembe helyezik még a hónap vége előtt. A műszerek között akad olyan, amely a mikrohullámokat detektálja, vagyis képes áthatolni a bolygó vastag atmoszféráján, így képet adhat a mélyben zajló folyamatokból. Van infravörös képalkotó eszköz is, ennek a segítségével feltérképezhető a bolygó légkörének hőkibocsátása, és így meghatározhatók a vastag légkör kémiai összetevői, illetve egy olyan berendezés (GS), amely rádióhullámok segítségével határozná meg a tömegeloszlást a bolygó belsejében. Három különböző eszköz más-más aspektusból monitorozná a Jupiter sarki fényjelenségeit: a magnetométerrel (MAG) a bolygó belsejének mágneses sajátosságai és a sarki magnetoszféra erővonalai tanulmányozhatók, a nagy energiájú részecskedetektorral különböző ionok koncentrációját határoznák meg, illetve van a fedélzeten a látható fény tartományában és az ultraibolya spektrumban érzékelő kamera is. E berendezések mindegyikének lesz feladata bőven, hiszen a misszió irányítói szeretnék feltérképezni a bolygót (a Jupiterről lásd Az igazi óriás című keretesünket), meghatározni magjának tömegét, s ezáltal is közelebb jutni a Naprendszer keletkezésének titkaihoz. Emellett gondosan feltérképeznék a bolygó gravitációs és mágneses mezejét: az elsőből a Jupiter tö­meg­­eloszlására következtethetnek, míg az utóbbi alapján szeretnék megérteni azt a dinamóhatást, amelynek révén kialakul az efféle bolygók mágneses védőpajzsa. Gondosan tanulmányoznák a légköri folyamatokat, így az elképesztően nagy légköri nyomást és az alsóbb légkörben tomboló szeleket.

Kutatók arra is kíváncsiak, hogy a gázbolygóként definiált Jupiternek létezik-e valamiféle sziklás magja, illetve, hogy az irtózatosan nagy felszíni nyomás alatt milyen anyagtípusok jönnek létre – az egyik „jelöltjük” a kéreg alatt található fémes állapotú hidrogén. Az is érdekes lehet, hogy – megannyi más anyag mellett – mennyi vizet tartalmaz vízgőz formájában a bolygó vastag légkörének alsóbb fertálya. Ráadásként pedig lehetőség adódik az általános relativitáselmélet újabb tesztelésére is a Jupiter perdületéből származó úgynevezett Lense–Thirring-effektus révén. Ilyenkor a forgó masszív tömeg mellett a forgás irányában elhaladó fény gyorsabbnak tűnik egy távoli megfigyelő számára, mint a forgásiránnyal ellentétesen terjedő fény, a relativisztikus fizikai modell szerint ugyanis a Jupiter forgása „magával húzza”, „felcsavarja” a téridőt.

Juno és Lego

A Juno nevét a görög-római mitológiából merítették, ő volt Jupiter főisten nővére és egyben felesége. Férje (és bátyja) hiába burkolta magát felhőkbe, hogy elrejtse neje elől bal- és félrelépéseit, Juno képes volt átlátni e felhőkön és megismerni Jupiter igazi természetét. A költői leírás nyomán tökéletesen érthető a névadás, miközben tudjuk, hogy a NASA utólag még egy akronímiát is gyártott a misszióhoz (Jupiter Near-polar Orbiter, azaz Jupiter sarkközeli keringő egység).

Jupiter és Juno a szonda belsejében is helyet foglal fehérre festett könnyűfém Lego-figurák formájában. Harmadik társuk a szintén könnyűfém Galileo Galilei, aki a 4 legnagyobb Jupiter-holdat 1610-ben fedezte fel.

Elődök vállán

A Galileót, az első Jupiter körül keringő szondát 1989. október 18-án indították útjára, az Atlantis űrrepülő cipelte a hátán az űrbe. A szonda 1995. december 7-én érkezett a bolygó közelségébe, kihasználva a Föld és a Vénusz gravitációs csúzlihatását is. Már útközben pótolhatatlan tudományos munkát végzett, például észlelte és rögzítette a Shoemaker-Levy 9 üstökös becsapódását a Jupiterbe. A Galileónak köszönhetjük, amit eddig a bolygó légkörének összetételéről és ammóniafelhőiről tudunk, de magnetoszférájáról és annak kiterjedéséről is a szonda mérései alapján kaphattunk először közelítő adatokat. A Galileo a Jupiter holdjairól is sok fontos információt gyűjtött be: az Ió vulkanizmusáról és a Jupiter magnetoszférájával való (töltésárammal és erős rádiójelekkel járó) plazma-interakciójáról, az Európé jégkéreg alatti folyékony óceánjáról (ehhez hasonló lehet a Kallisztó és a Ganümédész alatt is), vagy a Ganümédész saját mágneses mezejéről. A szonda 2003. szeptember 21-én, 14 űrben eltöltött év, ezen belül 8 év Jupiter körüli szolgálat után a sűrű légkör felé vette az irányt, ahol a nagy sebességtől felhevülve megsemmisült, így nem is fertőzhette meg földi mikrobákkal a Jupiter esetleg saját fejlesztésű létformákra is alkalmas holdjait.

Az igazi óriás

A Jupiter a Naptól számítva az ötödik, messze a legnagyobb bolygó a Naprendszerben. Két és félszer nehezebb az összes többi bolygó együttes tömegénél. A Földről nézve maximális fényessége –2,94 magnitúdó, ezzel többnyire a harmadik legfényesebb égitest az éjszakai égbolton a Hold és a Vénusz után. Főként hidrogénből áll, tömegének egynegyedét azonban hélium teszi ki, és sziklás magja nehezebb elemeket is tartalmazhat. Gyors forgása miatt az alakja forgási ellipszoid (lapított gömb). A bolygót halvány planetáris gyűrűrendszer és erős magnetoszféra veszi körül. Mai tudásunk szerint 67 holdja van, köztük a négy legnagyobbat nevezik Galilei-holdaknak.

Figyelmébe ajánljuk

Ukrán menekültek Békés megyében: Már el tudjuk mondani magyarul

A Viharsarok közel 80 települése közül csaknem negyven városban és községben élnek ukránok. Többségében háborús menekültek, viszont a katonakorú férfiak teljesen hiányoznak. A Magyar Vöröskereszt térségi szervezete szerint 230-an élnek és dolgoznak Békésben, s már jó ideje a segélyszervezet székházában sajátítják el a magyar nyelvet.