Hölgyeim és uraim, íme az univerzum új hőse: a Juno

Az amerikai űrhivatal, a NASA Juno-űrszondája 2016. júliusában állt pályára a Naprendszer legnagyobb bolygója, a Jupiter körül, hogy annak szerkezetét, felhőzetét, mágneses terét és összetételét vizsgálja. A Juno célja a Jupiter belső működésére és légköri folyamataira vonatkozó, több évtizede fennálló nyitott kérdések tisztázása.

A Juno a Jupiter közelében egy fantáziarajzonFotó: NASA/JPL

A szonda eddigi eredményeiből kiderült, hogy a Jupiter felhőzetének sávjai és viharai több ezer kilométer mélyről erednek. A Juno korábban nem látott módon feltárta a gázóriás sarki régióit, ahol óriási ciklonokat figyelt meg. Részletesen vizsgálta a nagy vörös foltot, a bolygó déli féltekén található hatalmas anticiklonvihart. Kiderítette, hogy a Jupiter mágneses tere furcsa eloszlást mutat, amely elvezethet a bolygó magjának jobb megértéséhez. A villámlások megfigyeléséből származó adatok segítenek feltárni azok eredetét, a szonda kamerája pedig minden eddiginél részletesebb képeket készített a bolygó légköréről. Emellett a Jupiter holdjait is vizsgálta már, az Io-n egy vulkánkitörést is sikerült megfigyelnie.

A küldetés a nagyközönség körében a JunoCam kamera lelkes amatőrök által feljavított felvételeinek köszönhetően aratott óriási sikert, amelyekből már mi is szemléztünk korábban a Qubiten.

A Juno csodakamerája, a JunoCamFotó: Picasa

Hosszú út vezetett a Junóig

A Jupitert elsőként a NASA Pioneer–10 űrszondája látogatta meg: 1973. december 3-án ért legközelebb a bolygóhoz, 132 ezer kilométerre megközelítve az égitestet. A Pioneer-10 megvizsgálta a Jupiter mágneses terét, annak napszélre gyakorolt hatását, légkörét, és az addigi legjobb képeket továbbította a Földre a Jupiterről és a négy Galilei-holdról, az Ióról, az Europáról, a Ganümédészről és a Kallisztóról. Az űrszonda megtapasztalta a Jupiter ionizált sugárzási övét is, amely hibás parancsokat generált a szonda kezdetleges számítógépében. Ennek ellenére az emberiség első közeli találkozása a Jupiterrel sikeresnek bizonyult, és a szonda végrehajtotta tudományos programjának nagy részét. A Pioneer-10-et a Pioneer-11 űrszonda követte pontosan 1 évvel később, és elődjénél jóval közelebb, 43 ezer kilométerre haladt el a bolygótól. A szonda elkészítette az első részletes felvételeket a nagy vörös foltról és a bolygó sarki régióiról, és meghatározta a Kallisztó tömegét is. Eztután folytatta útját a Naprendszerben, és 1979-ben elsőként felderítette a Szaturnuszt és holdjait.

A Voyager 1 felvétele a Jupiter nagy vörös foltjáról. Forrás: NASA/JPL/Björn JónssonFotó: NASA/JPL

A nagy sikerű Pioneer programot a legendás Voyager szondák útnak indítása követte.  A NASA egyik űrközpontja, a Jet Propulsion Laboratory (JPL) mérnöke, Gary Flandro által kidolgozott bolygóközi „grand tour” koncepió értelmében az űreszközök ki tudták használni a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz kedvező együttállását. A Voyager–1 végül 1979. március 5-én, a Voyager–2 pedig 1979. július 9-én haladt el a Jupiter mellett. 

A Voyager szondák a Pioneereknél fejlettebb technológiájuknak köszönhetően addig példátlan részletességben mutatták meg a Jupitert és holdjait. A Voyager–1 felfedezte a Jupiter gyűrűit, elsőként figyelt meg egy Földön kívüli vulkánkitörést az Io holdon, részletesen tanulmányozta a bolygó mágneses terét és sugárzási környezetét, a légkörét, különösképpen a nagy vörös foltot, és feltárta a Jupiter jeges holdjainak felszíni struktúráit. A Voyager–2 a Jupiter légkörét és holdjait vizsgálta, különös tekintettel az Európára és az Ióra, és az utóbbin több vulkánkitörést is meg tudott figyelni. A Voyagerek adatai vezettek az Europa hold jégkéreg alatti globális óceánjának feltételezéséhez, amelynek létezését a későbbi mérések megerősítették. A Jupiter után a Voyager–1 a Szaturnuszt és annak holdját, a Titánt derítette fel, majd az ehhez szükséges gravitációs hintamenőver kirepítette a Naprendszer síkjából a csillagközi tér felé. 

A Voyager–2 teljesítette a teljes bolygóközi „grand tour”-t, meglátogatta a Szaturnuszt, az Uránuszt és a Neptunuszt; végül hat évvel a Voyager–1 után, tavaly novemberben érte el a csillagközi teret.

A Galileo-űrszonda felvételeinek segítségével készült kép a Jupiter Europa holdjáról. Fotó: NASA/JPL

A Galileo volt az első

Az első ember alkotta eszköz, amely pályára is állt a Jupiter körül, a Galileo űrszonda, volt. 1995-ben érkezett meg a Jupiterhez, és több mint 7 évig vizsgálta a bolygót és holdjait. Bár tudományos céljait elérte, nagy sebességű rádióantennájának hibája miatt a tervezettnél jóval kevesebb felvételt tudott készíteni a bolygóról és holdjairól. A Galileo nemcsak távolról vizsgálta a Jupitert, hanem egy légköri belépőegységet is szállított magával. A belépőegység 48 km/s-os sebességgel érkezett meg a Jupiter légkörébe, felállítva a leggyorsabb sikeres légkörbe lépés rekordját. Ennek során a karbon-fenol hővédőpajzsának külseje 15 ezer fokra hevült, és a védőpajzs a szonda lelassulásáig elvesztette tömegének felét. 

A belépőegység ezután 78 percig működött, és 160 kilométer mélyre jutott a Jupiter légkörében, ahol műszereivel részletesen vizsgálta azt: új sugárzási övet, sűrűbb és forróbb felső-légkört, a vártnál kevesebb villámot, vízpárát és héliumot, de jóval erősebb, közel 600 km/h-s széllökéseket detektált. A későbbi értékelések alapján a belépőegység egy kivételesen forró területen lépett be a légkörbe, így az eredményei nem igazán reprezentatívak a Jupiter légkörére vonatkozóan. Magát az anyaszondát, a Galileót 2003-ban a Jupiter légkörébe vezették az irányítók, hogy elkerüljék a hajtóanyagból kifogyott szonda összeütközésének lehetőségét az Europa holddal. A Juno megérkezéséig már csak a New Horizons vizsgálta a Jupitert és holdjait a 2007 januári, a Pluto felé vezető hintamanőverje során.

A New Horizons űrszonda felvételeiből készített montázson a Jupiter és az Io hold látható. A Jupiterről közeli-infravörös tartományban készült felvétel feltárja a felhőzet részleteit, az Ióról készült valós színes képen pedig egy vulkánkitörés figyelhető meg.  Fotó: NASA/JHUAPL/SWRI

Napelemekkel a külső Naprendszerben

Két évvel a Galileo küldetésének vége után a NASA elfogadta a Southwest kutatóintézetben dolgozó Dr. Scott Bolton által vezetett Juno küldetés terveit, és a szonda a New Horizons után a New Frontiers program második űrszondája lett.

A Juno-űrszonda a Jupiternél (illusztráció) Fotó: NASA/JPL

A Juno az első külső naprendszerbe szánt űrszonda, amely rádióizotópok bomlását kihasználó áramforrás (RTG) helyett napelemeket használ. A három darab 2,7 x 8,9 méteres, óriási napelem a Jupiternél összesen 486 watt energiát biztosít a szondának.

Mivel a küldetés célja a bolygó belső szerkezetének, légkörének és sarki régióinak vizsgálata, a műszereket is ennek alapján válogatták össze.

  • Mikrohullámúsugárzás-detektor (MWR): Különböző hullámhosszakon működő, hat antennás műszer, amely a légkört 500-600 km mélyen képes vizsgálni. A légköri dinamikus struktúrák, a légköri összetétel vizsgálatára, a víz és az ammónia mennyiségének, valamint a légkör különböző magassági szintjein lévő hőmérséklet meghatározására, illetve villámok megfigyelésére alkalmas.
  • Jupiter Infravörös spektrométer (JIRAM): A Jupiter felső-légkörét 50-70 km mélységig megfigyelő műszer, amely a sarki fényt, illetve a légkör hőleadását vizsgálja, valamint meghatározza a protonált molekuláris hidrogén, ammónia és foszfin mennyiségét a légkörben. Ezen kívül kiválóan alkalmas ciklonok és futóáramlatok (jet stream) vizsgálatára.
  • Magnetométer: a mágneses tér feltérképezése, a sarki mágneses tér 3D struktúrájának meghatározása és a Jupiter belső folyamatainak vizsgálata a feladata.
  • Gravitációs vizsgálat: a szonda rádióantennáinak segítségével a Jupiter gravitációs terének, ezzel pedig a tömeg eloszlásának feltérképezését végzi el.
  • Jupiter sarkifényeloszlás-kísérlet (JADE): energetikusrészecske-detektor. A sarki fényből származó nagy energiájú részecskék eloszlásának, energiájának és ionok/elektronok sebességének vizsgálata.
  • Jupiter energetikusrészecske-detektor (JEDI): nagy energiájú részecskék detekciója a sarki mágneses térben.
  • Rádió- és plazmadetektor (Waves): a poláris mágneses erővonalak mentén elhelyezkedő részecskék és a sarki fény vizsgálata.
  • Ultraibolya spektrométer (UVS): a sarki fényt ultraibolya tartományban vizsgáló képalkotó berendezés.
  • JunoCam: látható tartományú teleszkópos kamera, amely a Curiosity marsjáró marsi ereszkedő kameráján (MARDI) alapul. Felbontása legnagyobb közelség esetén 15 km/pixel, a szenzor pedig egy 1600 x 1200 pixeles Kodak KAI-2020 képalkotó.

A Juno 2011. augusztus 5-én indult a Földről, és 2013 októberében egy hintamanőverrel haladt el bolygónk mellett. A Jupiterhez 2016 július 5-én érkezett meg, amikor a szonda 35-percig begyújtotta a hajtóműveit a pályára állási manőverhez.

Hajtóműzavarok

Ezt a manővert egy újabb követte volna, amely a kezdeti 53 napos, ellipszis alakú, a Jupiter pólusai felett elhaladó pályát 14 naposra módosította volna. 2016 októberében, ahogy nyomás alá helyezték az irányítók a szonda hajtóműrendszerét, két héliumszelep a kelleténél sokkal lassabban nyitott ki. Félő volt, hogy ha megkísérlik a pályakorrekciót, az rosszul sikerülhet, és veszélybe sodorhatja a Juno tudományos programját. Emiatt elhalasztották, majd végül 2017. februárban, amikor világossá vált, hogy nem garantálható a szelepek megfelelő működése, el is vetették a pályamódosítást.

A szonda Jupiter körüli 53 napos pályáján a tervezetnél kevesebb időt tölt a Jupiter sugárzási öveiben, ami meghosszabbítja saját élettartamát, de nem befolyásolja a tudományos munkát. Sőt, a nagyobb ellipszispálya több adat gyűjtését teszi lehetővé, mivel a Juno így a Jupiter mágneses terének távolabbi részeit is meg tudja vizsgálni.

Ezt tudtuk meg eddig a Jupiterről a Junónak köszönhetően

A Juno küldetésének kezdeti eredményeit 2018. március 8-án publikálta a Nature tudományos folyóirat. A szonda precízen megmérte a Jupiter északi-déli aszimmetriát mutató gravitációs terét, amely a különböző forgási irányú és mély légköri áramlásokra vezethető vissza. Ezeket az eredményeket további két tanulmányban értékelték ki a kutatók. A gravitációs mérési adatok arra mutatnak, hogy a Jupiteren megfigyelhető keleti-nyugati irányú futóáramlatok (jet stream) közel 3 ezer kilométer mélységig terjednek ki. A felhőzeti öveket létrehozó „időjárási réteg” a bolygó tömegének 1 százalékát teszi ki. Szintén gravitációs mérések segítségével megállapították, hogy a különböző forgási zónájú felsőbb régiókkal szemben a bolygó mélyében található belső rétegek együttes testként forognak. 

A Jupiter déli pólusa a Juno felvételénFotó: NASA/JPL/SwRI/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles

A kutatók emellett közzétették a Jupiter pólusainál található ciklonokra vonatkozó eredményeiket, amelyeket a JIRAM infravörös spektrométerrel vizsgáltak. A szonda több ezer kilométeres átmérőjű ciklonokat talált, amelyekben a szélsebesség a 350 km/h-t is elérheti. A ciklonok meglepő módon egymáshoz közel helyezkednek el, és nem mutatják gyengülés jeleit. A bolygó pólusait két középponti ciklon határozza meg, smelyeket az északi pólus esetén nyolc, a déli pólusnál öt kisebb ciklon vesz körül.

Az északi pólus ciklonjai a JIRAM adataiból készített 3D képen Fotó: NASA/JPL/SWRI

A Nature által 2018. júniusában publikált tanulmánnyal a Juno kutatócsoportja megoldotta a Jupiter villámlásainak eredetére vonatkozó, évtizedes rejtélyt. A mikrohullámúsugárzás-detektor (MWR) 377 villámlást érzékelt a szonda első 8 Jupiterhez közeli elhaladása alatt. Ellentétben a korábbi űrszondákkal, amelyek csak vizuálisan vagy a kilohertzes rádióhullámú tartományban tudták detektálni a villámlást, a Juno a megahertzes és gigahertzes tartományban is megfigyelte őket. Ez valószínűleg azért sikerült, mert a szonda minden korábbinál közelebb jutott a bolygó pólusaihoz. A Jupiteren a Földdel ellentétben a villámaktivitás a pólusoknál koncentrálódik, az egyenlítő környékén viszont teljesen hiányzik. Ez arra vezethető vissza, hogy az a kevés napsugárzás, amely eléri a bolygót, az egyenlítői régióra korlátozódik, ami elegendő a felső-légkör stabilizációjához. A pólusoknál a Jupiter belsejéből szabadon áramlanak felfele a forró gázok, amelyek destabilizálják a légkört, és villámlást generálnak.

Szeptemberben a kutatók szintén a Nature-ben publikálták a Jupiter mágneses terének vizsgálatóból származó eredményeket. Eszerint a bolygó mágneses tere eltér minden más eddig vizsgált bolygóétól, és szerkezete lényegesen különbözik a déli és sz északi féltekén. A mágneses erővonalak az északi pólusból indulnak ki, de nem egy, hanem két, a déli pólusnál és az egyenlítőnél található ponton térnek vissza a bolygóhoz. Továbbá a mágneses tér azon részei, amelyek egyik pólust sem favorizálják, a Földdel ellentétben, ahol kiegyensúlyozottan terülnek el a két pólus között, a Jupiter esetén többnyire az északi féltekén találhatók. A Jupiter különleges mágneses terét létrehozó belső dinamó valószínűleg több különböző tulajdonságú rétegből áll. A feladat most olyan dinamómodellek készítése, amelyek olyan mágneses teret hoznak létre, ami passzol a Juno megfigyeléseihez. Ha ez sikerül, akkor az átformálja majd a Jupiter magjáról és legbelső folyamatairól alkotott képünket.

A nagy vörös folt a Juno felvételén Fotó: NASA/SwRI/Gerald Eichstädt/Seán Doran

A Juno továbbá részletesen vizsgálta a Jupiter nagy vörös foltját, amely egy 16 ezer kilométer széles anticiklon a bolygó déli féltekén. Megállapította, hogy az óriási vihar 300 kilométer mélyről ered a gázóriás légkörében, és a mélyebb rétegei magasabb hőmérsékletűek a feljebb lévőknél, ami hatalmas szeleket generál a felsőbb rétegekben.

A JunoCam felvétele az Io-n zajló vulkánkitörésről Fotó: NASA/SwRI/MSSS

A december 21-ei elhaladás során az űrszonda JunoCam kamerája, infravörös képalkotója (JIRAM) és ultraibolya spektroszkópja (UVS) több mint egy óráig figyelte meg az Io hold poláris régióját. Az Ión a szonda aktív vulkánkitörést figyelt meg, egy korábbi elhaladáskor pedig a JIRAM egy addig ismeretlen vulkáni eredetű forrópontot is talált a holdon.

A Juno 2018. december 21-én sikeresen teljesítette a fő tudományos küldetésének felét jelző 16. elhaladást a Jupiter mellett. A következő Jupiter melletti elhaladására február 12-én kerül sor, és a szonda várhatóan 2021 első felében, a 32. pályája után fejezi be elsődleges tudományos programját, melynek során 11.25 hosszúsági fokos bontásban vizsgálja a bolygót.

A JunoCam program mutatja a jövőt

A JunoCam kamera eredetileg csak ismeretterjesztő célból került a szondára, de ma már világos, hogy tudományos hozzájárulása elengedhetetlen volt a küldetés sikere szempontjából.

„Bár eredetileg csupán népszerűsítő eszköznek készült, amely segíthet a Juno tudományos programjának ismertetésében, a JunoCam sokkal több lett ennél. A poláris régiókról készített time lapse felvételeink lehetővé teszik a Jupiter különleges cirkumpoláris ciklonjai dinamikájának és a nagy magasságú ködrétegnek a tanulmányozását. A JunoCam segít továbbá a Nagy Vörös Folt és a környezetével való kölcsönhatásának vizsgálatában.”

- mondta Candy Hansen, a JunoCam csapatot vezető kutató.

A JunoCam 2018 április 1-jei elhaladás során készített felvételeiFotó: NASA/JPL/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Sean Doran

A kamera emellett lehetővé tette a légkör olyan finomabb részleteinek tanulmányozását, mint a Voyagerek által felfedezett áramlási hullámok.

A JunoCam és a köré épített amatőröket bevonó program példátlan siker a NASA-nak. Bár lelkes amatőrök eddig is szerepet játszottak az űrügynökség számtalan szondája által visszaküldött képek feldolgozásában, népszerűsítésében vagy művészi újraértelmezésében, a JunoCam ezt teljesen új szintre emelte. Szinte biztos, hogy a NASA a jövőben még több űrszondával indít hasonló programot.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:


A kokain és a hatalmi mámor neurobiológiája

A legdrágább illegális drogként számon tartott stimuláns az agy jutalmazó központjának működését befolyásolva egyszerre több helyen fejti ki hatását. A hatalmi mámor, az extrém motiváció, a hiperaktivitás és a zsigeri eufória együtteséért azonban nagy árat kell fizetni: a drogkereső magatartás beleég az idegsejtek kapcsolataiba.

A várható környezeti katasztrófa miatt megkezdték a Föld kincseinek archiválását

A Föld összes kulturális és ökológiai kincsét 3D-s térképre vinné kutatók egy csoportja – különös tekintettel a kincsek közeljövőben várható pusztulására. A LIDAR-os adatfelvételt azokon a területeken kezdik, amelyek a leginkább ki vannak téve a klímaváltozás hatásainak. Az ötletgazda szerint irtózatos mennyiségű munkáról van szó, amelynek eredményét leghamarabb a gyerekeik unokái élvezhetik majd.