Nézze meg közelről a Jupitert!

A NASA Juno nevű, napenergiával működő űrszondája az eddigi legjobb képeket küldte a Jupiterről heves viharokat örökítve meg a gázbolygó északi sarkvidékén. A küldetés célja a Jupiter felső felhői alá való bepillantás, illetve a bolygó eredetének, szerkezetének, légkörének és mágneses terének vizsgálata.

A NASA videoklipje tartalmazza a Jupiterről készített legújabb HD képeket amiket a szonda az augusztus 27-i átrepülés alatt készített.

A Jupiterhez való megérkezést követő két év alatt az űrszonda 37-szer fogja megközelíteni a bolygót, amelyet eddig a legközelebbről – 43 ezer kilométerről – a Pioneer–11 űrszonda vizsgált meg 1974-ben. (Leszámítva a Galileót és annak légköri szondáját, amelyek küldetésük végén 2003-ban, illetve 1995-ben beléptek a Jupiter atmoszférájába). A Juno még csak a második űreszköz lesz ez utóbbi szonda után, amely pályára áll a Jupiter körül, és a szakértők a Galileo-küldetésből tanulva alaposan felkészültek a várható nehézségekre.

A Jupitert közelről vizsgálni ugyanis nem egyszerű feladat, hiszen a Földnél 1300-szor nagyobb bolygó rendkívül erős magnetoszférával rendelkezik. Ez vélhetően a fém magnak, a bolygó felső légkörében található hidrogénrétegnek és a Jupiter gyors forgásának köszönhető. A bolygó mindössze 10 földi óra alatt fordul meg tengelye körül, így a gyorsan forgó, nagynyomású hidrogénréteg és a mag olyan erős mágneses mezőt gerjeszt, hogy a planétát közel fénysebességgel száguldó elektronok, protonok és ionok veszik körbe.

A Jupiter közvetlen környezete ezért központi csillagunkon kívül a Naprendszer legbarátságtalanabb vidékének számít, ami a sugárzást illeti. A magnetoszférában közel száguldozó részecskék folyamatosan problémákat okozott a Galileo szonda működésében, amint az 700 ezer kilométernél jobban megközelítette a bolygót. Az ennél sokkal közelebb merészkedő Juno fejlesztői már tudatosan készülhettek erre a megmérettetésre, és az intenzív sugárzás mind a szonda, mind annak pályája tervezése során meghatározó szempont volt.

A NASA és a Lockheed Martin mérnökei által közösen létrehozott űreszköz fejlesztői szerint leginkább egy tankhoz hasonlítható, azonban önmagában ez is kevés lenne a sikerhez. A Jupiter körül kavargó és egymással ütközve még több energiára szert tevő részecskék jelentős része szubatomi méretű, így a legtöbb anyag nem jelent akadályt számukra, ha pedig bejutnak az elektromos rendszerekbe, onnan atomokat kiütve gyorsan tönkreteszik az áramköröket, magyarázza Kevin Rudolph, a Lockheed Martin munkatársa.

Az első és legfontosabb lépést a Juno rendszereinek megóvására az intenzív sugárzásban töltött idő limitálása jelenti. Mivel az egyenlítői régióban a legrosszabb a helyzet, a pálya poláris és elliptikus volta egyaránt segít ezt elérni. A Juno minden megközelítés során az északi, gyengébb sugárzású részeken fog alábukni, hogy az egyenlítőnél már a sugárzási övek alatt repülhessen, majd miután a déli sarki régió közelében ismét átlépi a magnetoszférát, eltávolodik a bolygótól, hogy erőt gyűjtsön a következő körre, és hazasugározza a begyűjtött adatokat.

A Lockheed Martin a Mars Reconnaissance Orbiter mintájára készítette el a Juno terveit, a Mars körül azonban jóval gyengébb a sugárzás, mint a Jupiter közelében, így a csapatnak komoly módosításokat kellett eszközölni. A Juno rendszereinek javát így vékony ólomköpeny borítja, amelyet még a nagyenergiájú részecskék is nehezen ütnek át. A mérnökök másik biztonsági húzása az elektromos alkatrészek méretének megnövelése volt. Ahogy Rudolph mondja, ha egy tranzisztor mindössze öt atomból áll, és a sugárzás ebből egyet kilök, rögtön 20 százalékkal csökken a működőképesség. Ha viszont ugyanezt az alkatrészt 500 atom építi fel, egy bejövő részecske sokkal kisebb kárt tud csinálni.

Ezen stratégiák révén a Juno 500 Sievert nagyságú sugárdózis átvészelésére képes, ami azonban még mindig csak töredéke a teljes küldetés során összesen várható, nagyjából 200 ezer Sievert terhelésnek. Annak biztosítása érdekében, hogy a létfontosságú rendszerek minél tovább működőképesek maradjanak, ezeket egy speciális dobozban helyezték el a fejlesztők. Az elektronika nagy részét így minden oldalról másfél centiméter vastag titánfalak védik a legnagyobb energiájú részecskéktől.

Mindent ugyanakkor nem lehetett a közel egy méter széles titánkockába zárni, hiszen a napelemek, a kamerák és más szenzorok nem sok hasznot hoznának ilyen módon. Ezek tehát, valamint az eszközöket a doboz belsejével összekötő kábelek kívülre kerültek, és szintén speciális védelemmel vannak ellátva. Az egyik napelemszárny végén helyet kapó csillagkövető kamerát például, amely az űrszonda navigációjában játszik kulcsszerepet, egy 3 centiméter vastag sugárpajzs veszi körül, amely kizárólag ott van megnyitva, ahol a kamera kinéz. A főkamera, a JunoCam védelmét hasonlóan igyekeztek biztosítani a kutatók, akik még így is csak remélni tudják, hogy a rendszer legalább az első nyolc megközelítés alatt működőképes marad, és így részletes, színes képeket készíthet a Jupiterről.

A Juno esetében különösen nagy feladat volt a napelemek sugárvédelmének biztosítása, hiszen az űreszköz kizárólag ezektől kapja a működéséhez szükséges energiát. A szonda három, 8,9 méter hosszú, 2,7 méter széles napelemszárnnyal rendelkezik, amelyek összesen 60 négyzetméteren hasznosítják a napfényt. A paneleket 12 milliméter vastag üveggel fedték le, amely a látható fényt átengedi, a nagyenergiájú részecskék és a por ellen azonban némi védelmet nyújt.

Annak kiderítése érdekében, hogyan fog hatni az intenzív sugárzás a napelemekre, a fejlesztés során Rudolph és társai egy különleges kamrában tesztelték ezeket, ahol elektronokkal bombázták a cellákat. A kísérletek alapján a kutatók úgy becsülték, hogy a küldetés ideje alatt a napelemek által a szonda felé közvetített energia mennyisége 10–15 százalékkal fog csökkenni a becsapódó részecskék következtében. Ezt a várható veszteséget úgy kompenzálták a tervezők, hogy az eredeti elgondolásokhoz képest 15 százalékkal nagyobbra építették a napelemfelületet. Így a Junónak elvileg küldetése végéig marad energiája arra, hogy fotókat és méréseket készítsen, és ezeket a Földre sugározza.

Bár a teljes sugárterhelés tekintetében arra nem volt mód, hogy a mérnökök különösebben túlbiztosítsák az űreszközt, a szondát úgy tervezték, hogy az egyes megközelítések során várható sugárzásmennyiség dupláját is képes legyen elviselni. Így akár még arra is lehet esély, hogy a szonda egyes rendszerei épségben megérik a küldetés jelenleg tervezett végét, 2018 novemberét, és meg lehet hosszabbítani a missziót.

Ha legalább néhány szenzor működőképes marad, mindenképp érdemes lesz folytatni a munkát, hiszen minden méréssel többet tudhatunk meg a Jupiterről és annak környezetéről. Ezekre az információkra pedig nagy szükség lehet az eljövendő küldetések tervezése során. A NASA komolyan fontolgatja például, hogy belátható időn belül szondát küld a Jupiter Európé nevű holdjára, amely a szakértők szerint a legesélyesebb helyszín lehet arra, hogy a Földön kívül életet detektáljunk a Naprendszerben. Az Európé viszont a gázóriás magnetoszféráján belül, annak egy különösen intenzív sugárzású régiójában kering, így a Juno mérései kulcsfontosságúak lehetnek annak tekintetében, hogy milyen űreszköz élheti túl a holdra vezető utat és a felszíni létet. (Az IPon cikke)

További információkhttp: www.nasa.gov/juno és http://missionjuno.swri.edu