Już jutro start misji JUICE. Kluczowy udział polskich naukowców

Celem misji JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) będzie badanie 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. 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.

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.

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.

Trzy z dziesięciu instrumentów zostały zrealizowane dzięki udziałowi polskich podmiotów, w tym przede wszystkim Centrum Badań Kosmicznych PAN, które stało za częścią naukową oraz projektowało prototypy instrumentów i wykonywało modele lotne, oraz firmy Astronika Sp. z o.o, jako projektanta modeli kwalifikacyjnych i lotnych. Instrumenty pomiarowe i komponenty funkcjonalne dla misji JUICE opracowały zespoły naukowe łącznie z 16 krajów europejskich oraz USA (NASA), Japonii (JAXA) i Izraela (ISA). Udział naukowców i inżynierów z Polski był kluczowy dla całego przedsięwzięcia.

Jak podkreśliła prof. dr hab. Hanna Rothkaehl, kierownik Zakładu Fizyki Plazmy Centrum Badań Kosmicznych PAN, CBK PAN przewodziło pracom związanym z powstaniem konstrukcji mechanicznych i komputera głównego instrumentu RPWI. Jest współautorem narzędzia badającego pole elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości. Pełni też rolę lidera zarządzającego konstrukcją i przygotowaniem urządzenia oraz programu do zbierania, przetwarzania i publikowania zebranych danych. Instrument RPWI przeznaczony jest do scharakteryzowania emisji radiowych i środowiska plazmowego Jowisza i jego księżyców lodowych. Składa się z 10 czujników i 3 odbiorników. Instrument RPWI posiada cztery sondy Langmuira (LP-PWI) do pomiarów plazmy i pola elektrycznego, magnetometr z trzema antenami oraz analizator pola elektrycznego (RWI) do pomiarów radiowych.

RPWI pozwala na pomiary pola elektrycznego aż do częstotliwości 1,6 MHz oraz scharakteryzowania plazmy termicznej. Anteny i odbiorniki średniej i wysokiej częstotliwości posłużą do pomiarów pól elektrycznych i magnetycznych w emisjach radiowych w zakresie częstotliwości 80 kHz-45 MHz. Inżynierowie z polskiej firmy Astronika, znanej z wcześniejszego udziału w marsjańskiej misji NASA InSight, wspólnie z CBK PAN przygotowali dwa rodzaje urządzeń. Jak wyjaśnił Łukasz Wiśniewski, będący kierownikiem projektu w firmie Astronika, są to anteny RWI (Radio Wave Instrument) oraz wysięgniki LP-PWI (Langmuir Probe - Plasma Wave Instrument) w ramach instrumentu RPWI. Anteny RWI posiadają trzy wzajemnie prostopadłe anteny, które zapewniają możliwość kierunkowego odbioru emisji radiowych obecnych w środowisku plazmy wokół układu Jowisza. Z kolei LP-PWI to cztery trzy metrowe wysięgniki, które pozycjonują w różnych kierunkach czujniki pomiarowe (sondy Langmuira).

Wystrzelenie sondy nastąpi przy pomocy rakiety nośnej Ariane 5 z Europejskiego Portu Kosmicznego w Gujanie Francuskiej. Będzie to przy okazji ostatnia sonda ESA wyniesiona w kosmos przy pomocy Ariane 5. Kolejne mają być wystrzeliwane z użyciem nowych rakiet Ariane 6. JUICE jako pierwsza w historii sonda kosmiczna wejdzie na orbitę wokół Księżyca innego niż nasz naturalny satelita. 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 EUR.

Jak opisuje Polska Agencja Kosmiczna, duża część polskich aktywności związanych z budową instrumentów pokładowych misji JUICE została sfinansowana w ramach programu opcjonalnego ESA PRODEX. Służy on przede wszystkim finansowaniu budowy instrumentów naukowych, a Polska uczestniczy w nim, dzięki czemu ma swój udział w realizacji najważniejszych misji ESA m.in. JUICE, ATHENA, ARIEL, czy w najnowszej przygotowywanej misji COMET INTERCEPTOR. Projekt JUICE i jego finansowanie w ramach ESA PRODEX koordynowany jest przez Ministerstwo Edukacji i Nauki.

Źródło: PAP/POLSA/Space24.pl