Intenzivno zračenje oko Jupitera oblikovalo je svaki aspekt misije Juno, posebno Junovu orbitu. Podaci pokazuju da postoji jaz između radijacijskih pojaseva koji okružuju Jupiter i Jupiterovih oblaka. Juno će morati „ubiti iglu“ i proći kroz ovaj jaz kako bi umanjio svoju izloženost zračenju i ispunio svoje znanstvene ciljeve. Dodajući složenost misije Juno, činjenica je da se dizajn svemirskog broda, znanstveni ciljevi i orbitalni zahtjevi međusobno oblikuju.
Nisam bio siguran s kojim pitanjem započeti ovaj razgovor: Kako su uvjeti oko Jupitera, ponajviše njegova ekstremna zračenja, oblikovali Junovu orbitu? Ili, kako je orbita potrebna Junou da bi preživjela Jupiterove ekstremne zračenja oblikovala Junonove znanstvene ciljeve? Ili, na kraju, kako su znanstveni ciljevi oblikovali Junovu orbitu?
Scott Bolton, glavni istražitelj NASA-e za misiju Juno na Jupiteru. Kreditna slika: NASA
Kao što vidite, misija Juno izgleda kao pomalo gordijski čvor. Sva su tri pitanja, sigurna sam, morala pitati i odgovarati na njih nekoliko puta, a odgovori su odgovarali na ostala pitanja. Kako bih riješio taj čvor, razgovarao sam sa Scottom Boltonom, glavnim istražiteljem NASA-e za misiju Juno. Kao osoba odgovorna za cjelokupnu Juno misiju, Scott ima potpuno razumijevanje Junovih znanstvenih ciljeva, Junonova dizajna i orbitalne staze koju će Juno slijediti oko Jupitera.
EG: Bok Scott. Hvala što ste danas odvojili vrijeme za razgovor. Jupiterovo zračenje je veliki opasnost s kojom se Juno mora suočiti, a Junoov titanijski svod dizajniran je za zaštitu Junove elektronike. Ali Junonova orbita djelomično je oblikovana zračenjem oko Jupitera. Kako je zračenje oko Jupitera oblikovalo Junovu orbitu?
"... znali smo da je regija oko Jupitera doista loša, opasna i oštra zbog radijacije ..."
SB: Pa, ograničilo je naše izbore, recimo. Juno-ova orbita odabrana je kombinacijom mogućnosti za znanstvena mjerenja, kojima je bila potrebna određena vrsta geometrije ili položaja svemirske letjelice, i činjenica da smo morali najbolje što je moguće više izbjegavati najopasniju regiju, u osnovi u Sunčev sustav. To nam je zahtijevalo da budemo vrlo bliski Jupiteru i polarni po orijentaciji. Prelazimo preko stupova Jupitera. I znali smo da je regija oko Jupitera doista loša, opasna i oštra zbog radijacije, ali mi tamo nikada nismo ušli s svemirskim brodom. Dakle, nismo baš sigurni koliko je oštar ili kako je točno oblikovan. Samo imamo neke ideje.
Ali analogijom sa Zemljom i modeliranjem uspjeli smo pronaći način kako ostvariti željene znanstvene ciljeve i ostati izvan najgorih regija. Juno ulazi preko stubova i spuštat će se vrlo blizu Jupitera na način da vjerujemo da će biti između radijacijskih pojaseva i same Jupiterove atmosfere.
Na Zemlji postoji maleni prozor između naših vlastitih zračnih pojaseva - koji nisu ni približno opasni kao Jupiterov, ali oblikovani su na sličan način - i Zemljina atmosfera. Tamo je jaz, a mi imamo dokaze da postoji i jaz na Jupiteru, i tu iglu smo utakli.
EG: Odakle potječu dokazi za tu jaz, osim što smo samo gledali Zemljine pojaseve Van Allena? Je li bilo opažanja bilo koje od NASA-inih opservatorija koje su pokazale da će biti sličan jaz oko Jupitera?
SB: Koristili smo radijske teleskope poput VLS-a (Very Large Array) i druge radio-teleskope širom svijeta koji mogu gledati Jupitera, a na određenim frekvencijama oni vide ono što se naziva sinkrotronsko zračenje. Sinkrotronsko zračenje su elektroni vrlo visoke energije koji se kreću brzinom svjetlosti i odašilju radio emisiju. Oni to daju u vrlo specifičnoj geometriji utemeljenoj na relativističkoj fizici. To možemo vidjeti i to nam govori nešto o tome kako se zračenje oblikuje i kako se raspoređuje populacija visokoenergetskih elektrona. To se koristi u modelima, a mi možemo reći da bi trebao postojati mali jaz, dijelom i zato što kada pogledamo to zračenje, čini se kao da otpada kad se približi Jupiteru. Ali imamo ograničenu razlučivost, tako da iako postoje pokazatelji da postoji jaz između Jupitera i njegovih radijacijskih pojaseva, nema pozitivnog dokaza.
EG: Dakle, sama Juno će biti pozitivan dokaz da postoji jaz između Jupitera i njegovih radijacijskih pojaseva?
SB: Da. A onda imamo još jedno mjerenje koje nam pomaže razumjeti to. Svemirska letjelica Galileo koja je sredinom 90-ih krožila Jupiterom, sadržavala je sondu koja je ušla u atmosferu Jupitera i otkrila od čega je načinjena. Ta je sonda vršila mjerenja s nekim vrlo sirovim instrumentima, gotovo poput Geigerovih brojila, a podaci tih mjerenja pokazali su vrhunac zračenja, a zatim jaz blizu Jupitera. To nam je omogućilo daljnje dokaze da postoji jaz. Iako je u pitanju vrlo ograničen skup podataka, u skladu je s modelima s radio-teleskopa.
EG: Sigurno ste imali na umu određene znanstvene ciljeve za misiju Juno, pa kako je takvo razumijevanje Jupiterovih zračenja i orbite potrebne za njihovo izbjegavanje oblikovalo znanstvene ciljeve misije Juno? Je li to prisililo da se neki ciljevi potpuno odustanu?
"Zapravo, upravo su ciljevi znanosti bili pokretači orbite."
SB: Ne, uopće. U stvari, upravo su ciljevi znanosti bili u pogonu orbite. To je ono zbog čega smo se željeli zbližiti. Pitanje je bilo koliko blizu možemo zaključiti da je to sigurno i koliko puta možemo orbitirati? Pa rekao bih da ono što radijacija radi nije promijenilo našu orbitu toliko koliko ograničava broj puta kojima možemo orbitirati. Dakle, imali smo ograničen životni vijek, i zbog tog ograničenog životnog vremena, ušli smo u orbitu koja nam je omogućila preslikavanje planeta što je brže moguće. Želimo letjeti kraj njega vrlo usko, na različitim dužinama koje su ravnomjerno raspoređene.
Znanstveni ciljevi i ograničenja radijacijskih pojaseva govorili su nam da će Juno trajati samo toliko dugo, da morate napraviti kartu u ograničenom vremenu. Tako da postoji malo kompromisa. Možda je postojao način da se Juno duže zaštiti s više titana, oklopom, da traje malo duže, ali na kraju postane toliko loše da nisam siguran bismo li ga zaštitili više da bi mogao i dulje izdržati.
"Da sam uspio staviti dovoljno goriva na brod, mogao bih promijeniti orbitu usred misije ..."
EG: Pretpostavljam da se smanjuje povratak?
SB: Pravo. Dakle, ograničenja inženjeringa i praktičnost onoga što možemo lansirati na raketu su zapravo ono što nas je ograničilo. Da sam uspio staviti dovoljno goriva na brod, mogao bih promijeniti orbitu usred misije kako bih mogao duže izdržati. Za to bi bila potrebna ogromna količina goriva. Ono što se događa je da kada ste blizu Jupitera, nije savršeno simetrično, pa počinje mijenjati oblik Junoove orbite.
EG: Dakle, za održavanje orbite tada trebate izvršiti korekcije?
SB: Da, ali ne možemo Nemamo dovoljno goriva za tako nešto, pa morate živjeti s onim što Jupiter radi u orbiti. Tako počinje okretati orbitu okolo, i svaki put kada dođemo Jupiterom ona počinje okretati orbitu malo više. To malo koristimo naučno, ali stvarnost je da s tim moramo živjeti. Za prvu polovicu misije, ako su modusi ispravni, nećemo se morati baviti maksimalnom količinom zračenja, ali prema drugoj polovici misije ona će se početi pogoršavati. Ne možemo izbjeći zračne pojaseve onoliko koliko smo mogli u početku. To je u osnovi ono što ograničava životni vijek misije Juno.
EG: Znači, Jupiter stalno utječe na Junovu orbitu, a vi imate ograničen kapacitet da se nosite s tim?
SB: To je točno. To je zato što Jupiter nije savršena sfera.
EG: A jedan od ciljeva je preslikati Jupiterovu gravitaciju?
SB: Da, kako biste otkrili koliko je točno nesavršena sfera (smijeh.) A onda naučiti o tome kakva je unutarnja struktura, a time i kako se formirala.
EG: Izgleda da je dobro vrijeme da se zapitate u kakvom je obliku Junoova orbita? Koliko će se Jupiter približiti i koliko će daleko doći tijekom svoje orbite?
"... nalazimo se u blizini vanjskih mjeseci, u blizini Callista ili slično."
SB: To je elipsa, kao i većina orbita, a njena najbliža pristupna točka je oko 5000 km iznad vrhova oblaka ili slično, a to se naziva perijove. S druge strane, nalazimo se u blizini vanjskih mjeseci, u blizini Callista ili slično.
EG: Na vrlo udaljenoj udaljenosti.
SB: Da, dosta je udaljeno Junotu će trebati 14 dana ili više da ispuni orbitu. A onda je druga orijentacija točno iznad stupova. Pravo preko sjevernog i južnog pola. Ali ne ulazimo odmah u tu orbitu. Prvo moramo ispaliti naše rakete i ući ćemo u mnogo veću orbitu koja traje oko 53 dana, a udaljenost kojom se udaljimo od Jupitera toliko je veća. Tijekom prvih nekoliko mjeseci, imamo dovoljno goriva da modificiramo orbitu kako bismo dobili ono što na kraju želimo, a za to je potrebno nekoliko mjeseci.
EG:Dakle, Juno je također solarno napajan, osim goriva da bi promijenio svoju orbitu. Morate ostati izloženi suncu, pa je to moralo biti dodatak prilikom dizajniranja vaše orbite?
"... općenito, izbjegavamo Jupiterove sjene ili okultacije."
SB: Da, to je bilo dodatno ograničenje u smislu da želim izbjeći da padne u sjenu Jupitera. Želim da solarni paneli uvijek vide sunce. Bez toga možemo proći kratka razdoblja, ali općenito izbjegavamo Jupiterove sjene ili okultacije.
EG: Je li to jedan od razloga što vas orbita odvodi toliko daleko od Jupitera? Da ne biste zalazili u Jupiterovu sjenu?
SB: Da tako je. Iako biste to mogli izbjeći čak i ako ste bili tako blizu, ako biste se kretali po strani. Ne moram ići iza Jupitera, čak i ako je orbita bila mala. Ali sve to morate izračunati i osigurati se.
EG: Hoće li svi Junonovi instrumenti biti aktivni u svim svojim orbitama? Ili su neke orbite posvećene određenim senzorima i instrumentima?
SB: Općenito su svi instrumenti aktivni. Ali imamo orbite koje su usredotočene na određene stvari na temelju zahtjeva za ukazivanjem. Na primjer, mjerenje gravitacije. Kad želimo izmjeriti gravitacijsko polje, moramo se pobrinuti da antena bude usmjerena na Zemlju što je više moguće. Na taj način mjerite gravitacijsko polje, gledate li signal koji Juno šalje nazad na Zemlju, a vi mjerite Dopplerov pomak radio signala i to vam govori kako je gravitacijsko polje pritisnulo i povuklo Juno.
Kad ne mjerimo gravitacijsko polje, imamo druge instrumente koji bi radije bili usmjereni izravno na Jupiter. Oni još uvijek mogu uzeti podatke dok mjerimo gravitacijsko polje, ali bolje je ako su direktno usmjereni na Jupiter. To možemo tolerirati, budući da su solarni nizi još uvijek usmjereni prema suncu, a mi i dalje možemo ostati u komunikaciji s svemirskim brodom, jednostavno ne možemo dobiti mjerenje polnog gravitacijskog polja.
"... na samom kraju misije ne očekuje se da solarne ćelije budu uspješne kao u početku."
Dakle, imamo neke orbite posvećene toj geometriji. Naravno, kad smo tome posvećeni, nekada je moglo isključiti gravitacijski sustav ako ga nismo koristili. Ali mislim da su naše procjene sada da je naša snaga dovoljna da bismo mogli obojicu istovremeno održati. Bez obzira na to radimo li ili ne, to nije potrebno, ali na samom kraju misije se ne očekuje da solarne ćelije budu uspješne kao u početku.
EG: To je zbog zračenja? Iz istog razloga što je elektronika osjetljiva, solarne ćelije će se s vremenom degradirati?
SB: Tako je. Dakle, imamo ih zaštićene, ali ne znamo koliko će to točno raditi. Mi to nemamo u svojim planovima, ali možemo ga prilagoditi ideji da na kraju misije, ako nemamo dovoljno snage da sve pokrenemo, možemo početi isključivati neke od instrumenata koji imaju učinili većinu nauka koje smo željeli da oni od toga naprave. Možemo sortirati izmjene za koje instrumente i koji nisu.
EG: Dakle, to vam daje određenu fleksibilnost misije ako je zračenje jače nego što modeliranje sugerira? Imat ćete neku fleksibilnost za davanje prioriteta pred kraj?
SB: To je točno. Trenutno naši modeli sugeriraju da to nećemo morati učiniti, ali mi smo u mogućnosti okrenuti taj brojčanik ako treba.
EG: Pitam se za detaljno modeliranje koje ste napravili za Jupiterovo zračenje i misiju Juno i gledam informacije dostupne na NASA-inim web-lokacijama i drugim izvorima. Predlaže se da se ne očekuje da svi Junonovi instrumenti prežive 33 orbite, je li tako? Postoji li najbolji scenarij za opstanak instrumenta? Pročitao sam da JIRAM (Jupiterov infracrveni auroralni mapper) i možda Junocam mogu trajati samo do 8. orbite, a mikrotalasni radiometar može trajati samo do orbite 11. Da li je to najbolji scenarij? Ili još više sredina modela puta koji pratite te brojeve orbite?
SB: Nadamo se da je to najgori slučaj. Oni su dizajnirani tako da to prežive s faktorom od 2 zračenja. Vjerojatno je malo veći od faktora dva. Znači, oni bi to trebali imati bez problema. Bilo bi iznenađenje ako ne bi izdržali tako dugo. Naše očekivanje je da će oni vjerojatno otići do kraja misije. Ali ne računam na to i ne tražim to. Došlo je od činjenice da nekoliko tih instrumenata nema svoju elektroniku unutar trezora <titanium>.
EG: Je li to zbog toga što ne trebaju svih 33 orbita da ispune svoju misiju? Jesu li instrumenti prioritetni da se nalaze u svodu titana na osnovu broja orbita koje su im potrebne za dovršavanje njihove misije?
"U trezoru sa svom elektronikom može biti prilično toplo mjesto, a neki instrumenti su malo bolji kada je hladno."
SB: Tako je. Tako smo napravili taj izbor. Očito im je trebala određena zaštita od Jupiterovog zračenja, pa su oko njih male kutije, ali ne poput divovskog svoda. Postoje i neki drugi razlozi zašto nisu u trezoru. Postoje neke pogodnosti iseljavanja istih. U trezoru sa svom elektronikom može biti prilično toplo mjesto, a neki instrumenti su malo bolji kada je hladno. Dakle, postoje različiti obrti koji su se nastavili. Ali vi ste to dobro okarakterizirali u smislu da nas nisu potrebni kako bismo zadovoljili ciljeve znanosti da bi oni mogli izdržati cijelu misiju. Ali moje očekivanje je da ima koristi ako traju duže, pa se nadamo kada smo ih dizajnirali da će trajati i dulje.
EG: Scott, koji je tvoj službeni naslov u NASA-i?
SB: Službeno se zove Glavni istražitelj. Dakle, ja sam glavni istraživač misije Juno. To je službeni naslov koji za NASA ljude prilično znači samo nešto.
EG: Dakle, bavili ste se dizajnom misije od početka Junoa?
SB: O da. Nekako sam stvorio cijelu stvar ili cijeli postupak. Ono što glavni istražitelj znači prosječnoj osobi je da sam odgovoran za Juno. Za sve i sve što je povezano s Juno, odgovoran sam za njezin uspjeh. Bilo da se radi o dizajnu, inženjerstvu, znanosti, tome da se izgradi na vrijeme, troši previše novca, raspored, sve takve stvari. Drugi način da to kažem jest da ako nešto pođe po zlu, ja sam kriva za to (smijeh.)
EG: Pa, mislim da će puno toga ići ispravno (smijeh.) Dakle, kao i ja, sigurno morate s nestrpljenjem očekivati Junonov dolazak na Jupiter. Koji je najzanimljiviji i najuzbudljiviji dio Junoove misije, kad biste morali odabrati jednu stvar? Siguran sam da je gotovo nemoguće odgovoriti. I što bi vas moglo iznenaditi? Kad pogledamo dolazak New Horizon-a na Pluton i iznenađujuće stvari koje smo tamo pronašli, ili kad je Cassini pronašao ledene gejzere, uvijek nas čini da nas čeka iznenađenje. Što mislite što vas najviše zanima kod Juno ili što mislite da bi moglo biti iznenađujuće otkriće?
"... uzbudljiv dio Juno je da idemo negdje u kojem nitko prije nije išao."
SB: Pa, po definiciji iznenađenja, ne mogu pretpostaviti. Ništa od toga nije se moglo očekivati, zbog čega su bila iznenađenja. Ali znate, uzbudljiv dio Juno je da idemo negdje gdje nikad prije nitko nije otišao. Izvršit ćemo mjerenja koja nikada nisu izvršena. Imamo instrumente koji jednostavno nikada ranije nisu bili stvoreni, a kamoli da ih uvedete u ovu jedinstvenu orbitalnu geometriju na kojoj možete izvršiti posebna mjerenja. Stoga mislim da je uzbuđenje iščekivanje učenja nešto novo što će nas iznenaditi.
Što ćemo zapravo naučiti da ćemo promijeniti naše ideje o tome gdje smo došli i kako smo došli? Kakav je zapravo Jupiter? Postoji toliko zagonetki o tome i to je tako važno. Čak i danas, stvari koje smo naučili o vlastitom Sunčevom sustavu i stvari koje smo naučili o drugim solarnim sustavima dok smo bili u mogućnosti da vidimo egzoplanete, učinili su nam Jupiter još važnijim. Doista drži ključ, a mislim da je uzbudljiv dio toga što ćemo konačno otključati jedna od vrata tih tajni. Pomažemo u tome da buduće misije nauče još više.
Druga stvar koja me smatra uzbudljivom je iako sam nazvan Glavni istražitelj, a ako pitate NASA-u što to znači i kažu vam da sam odgovoran za sve, prava istina je da to nije jedna osoba. To je ogroman tim učinio ovo. To je pomoglo da se dizajnira, to je stvorilo način da se to učini, shvatili su ograničenja, shvatili kako to može raditi, shvatili smo tehnologije koje su nam potrebne da se to dogodi, i što je u osnovi imalo viziju da to stvorimo, i sposobnost da ga implementira i tu viziju prenese u stvarnost. Uzbuđen sam što sam dio ovog tima ljudi koji to postiže i da je taj tim zapravo samo dio našeg društva i čovječanstva, koji sve pokušava pokušati shvatiti. Stvari poput toga kako se uklapamo u prirodu i kako svemir djeluje. Baš sam općenito uzbuđen što sam dio nečega što pokušava učiniti nešto takvo.
EG: To je sjajno i u potpunosti se slažem s vašim riječima, a mislim da je uzbudljivo i za mene i za čitatelje Space Magazina. To je ogromna misija, i ne možemo čekati da dobijemo neke rezultate. I neka slika. Super je uzbudljivo.
SB: Ja isto. [smijeh]
EG: Hvala što si odvojio vrijeme za razgovor sa mnom, Scott. Nadam se da možemo opet razgovarati. Znam da su ljudi žarko zainteresirani za misiju Juno.
SB: Molim. Ugodan dan.
