Csütörtök délután 8 éves utazásra indul az Európai Űrügynökség (ESA) JUICE űrszondája, amelynek célja, hogy forradalmasítsa tudásunkat a Jupiter három nagy jeges holdjáról, amelyek felszínük alatti óceánjaikban akár életet is rejthetnek. A szonda terv szerint 14:15-kor emelkedik majd a magasba egy Ariane–5 rakétán, a James Webb űrtávcsőhöz hasonlóan a Francia Guyanában található Guyana Űrközpontból.

A szonda, amely 2031-ben érkezik majd meg a Jupiterhez, az óriásbolygó négy Galilei-holdjából hármat, az Europát, a Callistót, és a Ganymedest tanulmányozza majd, és ez lesz az első olyan űreszköz, amely pályára áll egy másik bolygó holdja körül. A JUICE-on az elmúlt években 23 ország szakemberei dolgoztak, köztük magyarok is, és az ESA szerint a küldetésre nagyjából 1,6 milliárd eurót fordítottak.

Az Europát legutóbb tavaly szeptemberben, a Ganymedest pedig 2021-ben látogatta meg szonda, az amerikai Juno, amely a Jupiter légkörének és belső szerkezetének felderítésén dolgozik, és nincsenek rajta a holdak vizsgálatára specializált műszerek. A NASA jövő ősszel tervezi fellőni saját, a Jupiter Europa holdját tanulmányozó űrszondáját, az Europa Clippert, amely a JUICE-nál egy évvel korábban, 2030-ban ér az óriásbolygóhoz, viszont 5 milliárd dolláros költségével sokkal drágább is nála.

A kutatók régóta készülnek a nagyméretű JUICE (JUpiter ICy moons Explorer, vagyis a Jupiter jeges holdjait felderítő) űrszonda indulására. Az eszközön több mint tíz éve kezdtek dolgozni, és a küldetése még ennél is tovább fog tartani, így az egész program évtizedeket ölel majd át – mondta el a Qubitnek Kereszturi Ákos bolygókutató, a CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének tudományos főmunkatársa, akivel a JUICE küldetés jelentőségéről és a Jupiter jeges holdjairól beszéltünk.

Kereszturi elmondta, hogy a JUICE új vizsgálódási terepei, vagyis a Jupiter, valamint annak gyűrűi és holdjai egy összefüggő rendszert, egyfajta mini Naprendszert alkotnak. Ennek közepén ott az óriásbolygó, néhány törmelékhold és a halvány gyűrűk, valamint a négy hatalmas Galilei-hold (Io, Europa, Ganymedes, Callisto), végül még távolabb több apró, a Jupiter hatalmas gravitációs tere által befogott hold található, amelyek sajátos, enyhén változó pályákon keringenek. A bolygókutató szerint a rendszerben sokféle kölcsönhatás zajlik, amelyek közül a legismertebb az árapályhatás a Jupiter és holdjai között. Ez felel az Io heves vulkáni aktivitásáért, valamint az Europa, a Ganymedes és talán a Callisto jégkérge alatt található megolvadt vízrétegekért. Közülük az Io és az Europa egymás között is cserélnek anyagokat.

Az Europán van az egyik legnagyobb esély, hogy földön kívüli életre bukkanjunk a Naprendszerben

A Jupiter mágneses tere rettentően intenzív, és minél közelebb megyünk hozzá, annál inkább így van ez, mesélte Kereszturi, ami részben megmagyarázza, hogy a szonda miért csak érintőlegesen, két elhaladás során vizsgálja majd a rendszer legérdekesebb holdját, az Europát. Ahhoz, hogy a JUICE hosszabb ideig kibírja ezt a veszélyes környezetet, sokkal robusztusabbra kellett volna tervezni. A kutató szerint a szonda ezen elhaladásai során érdekes méréseket csinál majd, de alapvetően biztonságosabb vidékeken tervez vizsgálódni.

„A mai tudásunk alapján a Naprendszerben a Mars mellett az Europa az a fontos célpont, ami leginkább kedvezhet a Földön kívüli élet megjelenésének. Itt a legfontosabb dolog, azon túl, hogy cseppfolyós víz van a felszín alatt, hogy úgy néz ki, az árapályfűtés miatt a vízréteg alján lévő szilikátos kőzetanyagban vulkanikus tevékenység zajlik, tehát alulról vulkáni anyagkibocsátás történik az óceánba” – mondta Kereszturi, aki a jelenséget a Föld mélytengereiben található „fekete füstölgőkéhez” hasonlította. A hold jégrétege pedig külső hatásokra – mint a Nap UV sugárzása vagy a Jupiter részecskebombázása – kémiailag módosul, és sok lesz benne az oxidált anyag (peroxid, hiperoxid). Mivel a hold aktív, ez a jégréteg alá tud bukni, és bele tud olvadni az óceánba. „Tehát van egy vízrétegünk, amit alulról fűtünk, onnan redukált, fölül oxidált kemikáliák keverednek bele, ez pedig úgy néz ki leginkább, mint egy ideális kis őslevesszerűség, amit az élet születésének időszakában a Földön is feltételeznek” – mondta a bolygókutató.

Az Europán ma is meg lehet figyelni aktív folyamatok nyomait, például a környezetükhöz képest látványosan eltérő, barnás-vöröses színű, úgynevezett káoszterületeken. Ezek arra utalnak, hogy a területükön valamikor megolvadt a jég, és belülről új, szennyező anyagokat tartalmazó víz áramlott ki. Kereszturi szerint az elmúlt években a Hubble űrtávcső mérései révén legalább két alkalommal sikerült észlelni jégvulkáni (kriovulkán) kitörések nyomait, amelyek leginkább a Szaturnusz Enceladus holdjánál látott, a felszín alól messzire kispriccelő anyagsugarakra emlékeztetnek, és amelyek vízgőzt, jégszilánkokat és egyéb anyagokat tartalmaznak. Mivel a Jupiternél jó ideje nem járt olyan űrszonda, amely a detektálásukhoz szükséges speciális méréseket el tudta volna végezni, ezeket a kitöréseket eddig nehéz volt megfigyelni. A Hubble méréseiből számított kitörési ráta azonban az Europán legalább egy nagyságrenddel nagyobb lehet az Enceladusra jellemzőnél, tehát ezek az események akár tízszer több anyagot juttathatnak a világűrbe – mondta a kutató.

A Ganymedes vizsgálata a jeges égitestek fejlődését segíthet megérteni

A JUICE többször elhalad majd a Ganymedes és a Callisto mellett, mielőtt pályára áll a Ganymedes körül. Ekkor feltérképezi a különleges, a Merkúr bolygónál is nagyobb hold felszínét, radarjával pedig behatol a felszíne alá. A Ganymedes belsejében az Europához hasonlóan legalább egy folyékony vízréteg található, ugyanakkor az égitest sokkal kevésbé aktív az Europánál, és már nagyon régóta nem zajlanak a holdon felszíni folyamatok, mondta Kereszturi. Felfedezhetők rajta azonban sokszögletű, idős jégtáblák, amelyek globális széttágulás nyomait őrizhetik – ez akkor következhetett be, amikor a hold belsejében található vízréteg nagy része jéggé fagyott. Emellett megfigyelhetők a felszínen kriovulkáni mélyedések és a hold belsejéből kiáramló ősi anyagok nyomai is, amelyek alapján valamennyire lehet majd arra következtetni, hogy milyen lehetett a Ganymedes egykori felszín alatti anyaga. A hold továbbá rendelkezik két vékony, ám kiterjedt pólussapkával, valamint van egy gyenge mágneses tere.

A Ganymedes azért is fontos célpont a kutató szerint, mert egy alaptípusát képviselheti a nagytömegű, jeges vagy jég-szilikát keverékből álló holdaknak, így általános példát nyújthat arra, hogyan fejlődik egy jelentős kezdeti belső hőforrással rendelkező hold, tartós és jókora árapályhatás mellett. Kereszturi úgy véli, a Ganymedes még az exobolygók kutatásához is érdekes, mert egyre több olyan, más csillag körül keringő bolygót fedeznek fel, amelynek magas a jégtartalma, és a saját Naprendszerünkben a Ganymedes a legnagyobb égitest, ahol egy ilyen jeges világ fejlődését vizsgálni lehet. A hold fejlődéstörténetének magyarázatára sokféle modell létezik, de a legegzotikusabb az, amely szerint a belsejében nem egy, hanem több vízréteg van, a jég és vízrétegek pedig szendvicsszerűen váltogatják egymást. Ahogy lefelé megyünk, egyre nagyobb a nyomás, újabb és újabb jégtípusok jelennek meg, és ha jelen vannak olvadáspont-csökkentő anyagok, például higroszkópos sók, akkor koncentrációjuk függvényében megjelenhetnek újabb sós vizes rétegek is – mondta Kereszturi.

A JUICE olyan optikai képrögzítővel (JANUS) felszerelkezve indul útnak, ami az eddigieknél sokkal részletesebben térképezi majd fel a hold felszínét, és egyes helyeken a néhány méteres felbontást is elérheti – ez rengeteg újdonsággal szolgál majd a felszíni morfológiával foglalkozó szakembereknek. Lézeres magasságmérő szenzora, a GALA emellett felderíti majd a hold domborzatát, és azt is képes lesz észlelni, hogy az árapályerők hatására hogyan torzul el időben a domborzat, azaz miként deformálódik a hold. A szondába továbbá egy infravörös spektrométert (MAJIS) is beépítettek, ami a felszín kémiai és ásványtani összetételét vizsgálja majd. Kereszturi szerint az egyik legérdekesebb műszer a felszín alá behatoló radar (RIME) lesz, amely akár 9-10 kilométer mélységig is beláthat majd a Ganymedes, a Callisto és az Europa felszíne alá, így fel tudja térképezni a jégburkok szerkezetét. A kutató szerint ez segít majd összekötni, hogy a felszíni jellegek, például a Ganymedes nagy poligonális táblái, a repedezett vidékei, a kriovulkáni kiömlési nyomai és a becsapódási kráterei hogyan jelennek meg a mélységben, ami a változások okairól és időbeni lezajlásáról adhat információt a szakembereknek. „Ez egy teljesen újfajta műszer lesz olyan szempontból, hogy ilyen, felszín alá behatoló radaros vizsgálatot jégholdnál még nem végeztek soha” – mondta Kereszturi.

„Hasonló holdakról van szó, hasonló összetételű, kicsit különböző bolygótávolságban lévő égitestekről, amelyek ezért egyre kisebb és kisebb árapály-átalakítást és -hatást szenvedtek el” – mondta a kutató. Ahogy távolodunk a Jupitertől, gyakorlatilag egy fejlettségi sorrendet látunk Kereszturi szerint: az Europa ma is aktív, vékony jégréteg alatti jelentős vízkészlettel, a Ganymedes már nem aktív, de régen sok aktív folyamat zajlott rajta, és végig vastagabb volt a vízréteg tetején lévő jégrétege, a Callistón pedig régen is leginkább csak becsapódások történtek, de akár ennek belsejében is megtalálható egy vízréteg. A kutató szerint „az a jó az egészben, hogy amikor az egyes holdakról külön szerzünk ismeretet, az egy olyan komplex rendszerbe illeszthető, ami segít a szomszédos hold viselkedésének jobb megértésében vagy értelmezésében”. Ezért szerinte „van egy kifejezetten rendszerszemlélete ennek az űrszondás projektnek, mert hasonló, de különböző átalakultsági fokú égitesteket vizsgál majd ugyanaz a műszerpark”. Mindez nagyon jó lehetőséget ad a holdak összehasonlítására, és arra, hogy az ismeretek egymást támogassák.

Magyar szakembereknek fontos szerepük volt a JUICE fejlesztésében

A JUICE űrszonda két elemének fejlesztésében is fontos szerepet játszottak magyar kutatók, akiknek a munkáját a Külgazdasági és Külügyminisztérium Űrkutatásért és Űrtevékenységért Felelős Főosztálya támogatta. Az egyik a PEP (Particle Environment Package) nevű műszer, amely egy töltöttrészecske-detektor, és amelynek néhány egységét az Energiatudományi Kutatóközpont (EK) munkatársai fejlesztették és gyártották le. A másik a PRIDE kísérlet, amely egy bonyolult kifejezést takar (Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment) – az űrszonda rádióadóját felhasználó kísérletben a Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet is közreműködik. A kísérlet lényege Kereszturi szerint az, hogy a szonda pozícióját távoli kvazárok megfigyeléseihez viszonyítva rettentő pontosan adja meg, miközben egy földi rádiótávcső-hálózat is figyeli ezeket az objektumokat. A megfigyelések összekapcsolásával, valamint például fáziseltolódásuk vizsgálatával nagyon nagy pontossággal megadható a JUICE pozíciója.

Ez a küldetés szempontjából azért lényeges, mert amikor a JUICE elhalad a holdak mellett, egy nagyon picit változik a mozgása a közeledés és a távolodás során is. Az, hogy mekkora az előbbinél a gyorsulás, utóbbinál pedig a lassulás, nagyon nehezen mérhető, a kvazáros módszer erre kínál megoldást. A sebességváltozás üteme ugyanakkor a holdak belső szerkezetéről árulkodik, így például közre tud működni a Ganymedes felszín alatti vízrétegeinek pontos jellemzésében. Ezt kiegészítik a magnetométer (J-MAG) adatai, ami a kutató szerint érzékeli a Ganymedes óceánjában áramló elektrolitoldattól indukálódó és a Jupiterrel kölcsönhatásban létrejövő mágneses teret, valamint olyan műszerek, amelyek a hold felszíni deformációját, vibrációját és billegését figyelik. Ezáltal három különböző forrásból kapunk információt arról, hogy hol milyen vastag a felszín alatti vízréteg – mondta Kereszturi.

Jövőre indul a Europa Clipper, ami 2030-ban érkezik a Jupiterhez

A NASA Europa Clipper szondáját jóval később kezdték el tervezni, de így is hamarabb érkezik majd meg céljához, mint a JUICE. A két űreszközben közös, hogy a NASA jelenlegi, a Jupiter körül dolgozó Juno űrszondájához hasonlóan napelemeket használnak. Kereszturi szerint a napelemek előnye, hogy a legtöbb űrmisszió alkalmazza őket, így egyszerű az engedélyeztetés, és rendelkezésre állnak a technológiák, az alkatrészek és a felhasználási metódusok is. Ezzel szemben a nukleáris áramforrásokként használt radioizotópos-termoelektromos generátoroknál (RTG) nem is a felhasználási oldal okoz problémát, hanem az engedélyeztetési és biztonságtechnikai eljárások, amelyek sok szempontból nehézkesen mennek. A Jupiter ugyanakkor eléggé távol esik a Naptól, ezért nagyon nagy napelemtáblák szükségesek, így ha az ember megnézi a JUICE űrszondát, úgy néz ki, mintha két iszonyú nagy vitorlája lenne – mondta a szakember.

A Europa Clipper Kereszturi szerint jó pár dolgot lefölözhet a JUICE elől az Europánál, de mivel más műszerparkkal bír a két szonda, kiegészítik majd egymást. A kutató szerint a legizgalmasabb – bár bizonytalan – lehetőség az, hogy az Europa kriovulkáni kitöréseit a két szonda együtt pontosabban meg tudja majd figyelni. Mint felvetette, ha az egyiküktől jön egy információ, hogy adott helyen van egy aktív gejzírszerű kitörés, és ez bizonyos időszakokban szokott megtörténni, akkor meg lehet tervezni, hogy amikor a másik arra jár, merre figyeljen, vagy esetleg tudnak módosítani a pályáján, hogy közelebb haladjon el hozzá. A kutató szerint két űrszonda esetén mindenképpen szabadabban lehet egy-egy ilyen célzott megfigyelést végezni.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: