Intenzivní záření kolem Jupiteru utvářelo každý aspekt mise Juno, zejména Junovu oběžnou dráhu. Data ukazují, že existuje mezera mezi radiačními pásy, které obklopují Jupiter, a Jupiterovými mračny. Juno bude muset „navléknout jehlu“ a projít se touto mezerou, aby se minimalizovala jeho expozice záření a aby byly splněny její vědecké cíle. K složitosti mise Juno přispívá i skutečnost, že se design kosmické lodi, vědecké cíle a orbitální požadavky navzájem formovaly.
Nebyl jsem si jistý, s jakou otázkou začít tento rozhovor: Jak se podmínky kolem Jupitera, zejména jeho extrémní záření, formovaly Junovu dráhu? Nebo, jak orbita nutná k tomu, aby Juno přežila Jupiterovu extrémní radiační podobu, je jeho vědecké cíle? Nebo konečně, jak vědecké cíle formovaly Junovu oběžnou dráhu?
Scott Bolton, hlavní vyšetřovatel NASA pro misi Juno v Jupiteru. Image Credit: NASA
Jak vidíte, mise Juno vypadá jako gordiánský uzel. Určitě musely být všechny tři otázky položeny a zodpovězeny několikrát, přičemž odpovědi formovaly ostatní otázky. Abych pomohl rozmotat tento uzel, mluvil jsem se Scottem Boltonem, hlavním vyšetřovatelem NASA pro misi Juno. Jako osoba odpovědná za celou misi Juno má Scott úplné porozumění Junovým vědeckým cílům, designu Juno a oběžné dráze, kterou bude Juno sledovat kolem Jupitera.
NAPŘ: Ahoj Scott. Díky, že jste si udělali čas a promluvili si dnes se mnou. Jupiterovo záření je velkým nebezpečím, se kterým musí Juno čelit, a titanový trezor Juno je navržen tak, aby chránil elektroniku Juno. Ale Junovu oběžnou dráhu částečně formuje záření kolem Jupiteru. Jak to, že záření kolem Jupitera formovalo Junovu oběžnou dráhu?
"... věděli jsme, že oblast kolem Jupiteru je opravdu špatná, nebezpečná a drsná s ozářením ..."
SB: Řekněme, že to omezilo naše možnosti. Junoova orbita byla vybrána na základě kombinace příležitostí pro vědecká měření, která vyžadovala určitou geometrii nebo umístění kosmické lodi k provedení, a skutečnost, že jsme se museli vyhnout, jak nejlépe jsme mohli, nejnebezpečnějšímu regionu, v podstatě v Sluneční Soustava. To vyžadovalo, abychom byli velmi blízko k Jupiteru a měli polární orientaci. Jdeme přes póly Jupitera. A věděli jsme, že oblast kolem Jupiteru je opravdu špatná, nebezpečná a drsná s vyzařováním, ale nikdy jsme tam také nebyli s kosmickou lodí. Nejsme si tedy zcela jisti, jak je to drsné nebo přesně, jak je tvarováno. Máme jen nějaké nápady.
Ale pomocí analogií se Zemí a pomocí modelování jsme byli schopni vymyslet způsob, jak dosáhnout vědeckých cílů, které jsme chtěli, a stále zůstat mimo nejhorší regiony. Juno přichází přes póly a ponoří se velmi blízko k Jupiteru takovým způsobem, jak věříme, že bude mezi radiačními pásy a samotnou Jupiterovou atmosférou.
Na Zemi je malé okno mezi našimi vlastními radiačními pásy - které nejsou zdaleka tak nebezpečné jako Jupiterovy, ale mají podobnou podobu - a atmosféru Země. Je tu mezera a máme důkazy, že v Jupiteru je mezera, a tuto jehlu navlékáme.
NAPŘ: Odkud pocházejí důkazy o této mezeře, ne jen při pohledu na pozemské Van Allenovy pásy? Existovala nějaká pozorování některého z observatoří NASA, která ukázala, že by kolem Jupitera byla podobná mezera?
SB: Použili jsme radioteleskopy, jako je VLS (Very Large Array), a další radioteleskopy po celém světě, které se mohou dívat na Jupiter, a na určitých frekvencích vidí, co se nazývá synchrotronové záření. Synchrotronové záření jsou elektrony s velmi vysokou energií, které se pohybují téměř rychlostí světla a vydávají radiové emise. Vydávají to ve velmi specifické geometrii založené na relativistické fyzice. Vidíme to a říká nám něco o tom, jak je tvarováno záření a jak je distribuována populace vysoce energetických elektronů. To se používá v modelech a my můžeme naznačit, že by měla existovat trochu mezery, částečně proto, že když se podíváme na to záření, vypadá to, že se zhasne, protože se velmi blíží Jupiteru. Máme však omezené rozlišení, takže i když existuje náznak, že existuje mezera mezi Jupiterem a jeho radiačními pásy, neexistuje žádný pozitivní důkaz.
NAPŘ: Samotná Juno bude tedy pozitivním důkazem, že existuje mezera mezi Jupiterem a jeho radiačními pásy?
SB: Ano. A pak máme ještě jedno měření, které nám to pomůže pochopit. Kosmická loď Galileo, která obíhala kolem Jupitera v polovině 90. let, obsahovala sondu, která šla do atmosféry Jupitera, aby zjistila, z čeho byla vyrobena. Tato sonda provedla některá měření s některými velmi surovými nástroji, téměř jako Geigerovy čítače, a data z těchto měření naznačovala vrchol v radiaci a pak mezeru blízko Jupitera. Tak jsme získali další důkazy o existenci mezery. I když se jedná o velmi omezený soubor dat, je to v souladu s modely z radioteleskopů.
NAPŘ: Pro misi Juno jste museli mít na paměti určité vědecké cíle, takže jak toto porozumění Jupiterových radiačních pásů a oběžné dráhy potřebné k tomu, aby se jim zabránilo, formovalo vědecké cíle mise Juno? Přinutilo to některé cíle, aby byly úplně opuštěny?
"Ve skutečnosti to byly vědecké cíle, které v podstatě řídily orbitu."
SB: Vůbec ne. Ve skutečnosti to byly vědecké cíle, které v podstatě řídily oběžné dráhy. To nás vedlo k tomu, abychom se chtěli opravdu přiblížit. Otázka zněla, jak blízko se můžeme k tomu dostat, a kolikrát můžeme obíhat? Řekl bych tedy, že to, co záření dělá, nezměnilo naši oběžnou dráhu natolik, že omezuje počet, kolikrát můžeme obíhat. Měli jsme tedy omezenou dobu života a kvůli této omezené době života jsme šli na oběžné dráze, která nám umožnila co nejrychleji zmapovat planetu. Chceme letět velmi těsně, v mnoha různých délkách, které jsou rovnoměrně rozloženy.
Vědecké cíle a omezení radiačních pásů nám řekly, že Juno vydrží jen tak dlouho, takže mapu musíte udělat v omezeném množství času. Takže existuje trochu kompromisu. Možná existuje způsob, jak chránit Juno déle více titanem, více stínění, vydržet trochu déle, ale nakonec to bude tak špatné, že si nejsem jistý, jestli jsme ho více chránili, že to vydrží déle.
"Kdybych byl schopen na palubu dostatek paliva, mohl bych změnit oběžnou dráhu uprostřed mise ..."
NAPŘ: Myslím, že klesající výnosy?
SB: Že jo. Omezení techniky a praktičnost toho, co můžeme spustit na raketě, je tedy to, co nás omezilo. Kdybych byl schopen na palubu dostatek paliva, mohl bych změnit oběžnou dráhu uprostřed mise, aby nám umožnil vydržet déle. To by však vyžadovalo obrovské množství paliva. Co se stane, když jste blízko Jupitera, není to úplně symetrické, takže začíná měnit tvar Junovy oběžné dráhy.
NAPŘ: Takže byste museli provést opravy, abyste udrželi oběžné dráhy?
SB: Jo, ale nemůžeme. Nemáme dost paliva, abychom něco takového udělali, takže musíte žít s tím, co Jupiter dělá na oběžné dráze. Začne se točit kolem oběžné dráhy a pokaždé, když přijedeme kolem Jupitera, začne točit oběžné dráze trochu víc. Trochu to používáme vědecky, ale realita je taková, s níž musíme žít. Pokud jsou režimy v první polovině mise správné, nemusíme se zabývat maximálním množstvím záření, ale směrem k druhé polovině mise se začíná zhoršovat. Radiační pásy se na začátku nemůžeme vyhnout. To je v podstatě to, co omezuje životnost mise Juno.
NAPŘ: Takže Jupiter neustále ovlivňuje Junovu oběžnou dráhu a máte omezenou kapacitu se s tím vypořádat?
SB: To je správně. Je to proto, že Jupiter není dokonalá koule.
NAPŘ: A jedním z cílů je zmapovat Jupiterovu gravitaci?
SB: Ano, abychom zjistili, jak přesně je sféra nedokonalá (smích). A pak se z toho poučte o tom, jaká je její vnitřní struktura, a tedy jak se formovala.
NAPŘ: Vypadá to jako vhodný čas se zeptat, jaký je tvar Junoovy oběžné dráhy? Jak blízko se Jupiteru dostane a jak daleko se dostane na svou oběžnou dráhu?
"... jsme venku u vnějších měsíců, poblíž Callisto nebo tak."
SB: Je to elipsa, jako většina oběžných drah, a její nejbližší přístupový bod je asi 5 000 km (3100 mil) nad vrcholky mraků nebo podobně, a to se nazývá perijove. Na druhé straně jsme venku poblíž vnějších měsíců, poblíž Callisto nebo tak podobně.
NAPŘ: Docela vzdálená vzdálenost.
SB: Ano, je to docela daleko. Dokončení orbity bude trvat přibližně 14 dní. A pak je druhá orientace přímo nad póly. Přímo přes severní a jižní pól. Ale na tuto orbitu se nedostaneme okamžitě. Nejprve musíme vypálit naše rakety a dostaneme se na mnohem větší oběžnou dráhu, která trvá asi 53 dní, a vzdálenost, kterou odjíždíme od Jupiteru, je mnohem dále. V průběhu prvních několika měsíců máme dost paliva k tomu, abychom upravili orbitu tak, abychom dostali to, co nakonec chceme, a to trvá několik měsíců.
NAPŘ:Juno je tedy také solární, jiné než palivo, které mění svou orbitu. Musíte zůstat vystaveni slunci, takže to muselo být další při navrhování vaší oběžné dráhy?
"... obecně se vyhýbáme stínům nebo okultacím Jupitera."
SB: Jo, to bylo další omezení v tom smyslu, že se chci vyhnout vstupu do stínu Jupitera. Chci, aby solární panely vždy viděly slunce. Bez toho můžeme jít krátkou dobu, ale obecně se vyhýbáme stínům nebo okultacím Jupitera.
NAPŘ: Je to jeden z důvodů, proč vás oběžná dráha tak daleko od Jupitera? Chcete se vyhnout vstupu do Jupiterova stínu?
SB: Jo to je pravda. I když jste tomu zabránili, i kdybyste byli tak blízko, kdybyste obíhali bokem. Nemusím jít za Jupitera, i když byla oběžné dráhy malé. Ale musíte to všechno spočítat a ujistit se.
NAPŘ: Budou všechny Junoovy nástroje aktivní na všech svých orbitách? Nebo jsou některé orbity vyhrazeny určitým senzorům a nástrojům?
SB: Obecně jsou všechny nástroje aktivní. Máme ale oběžné dráhy, které jsou zaměřeny na určité věci založené na požadavcích na směrování. Například měření gravitace. Když chceme měřit gravitační pole, musíme se ujistit, že anténa je zaměřena na Zemi co nejvíce. Takto změříte gravitační pole, podíváte se na signál, který Juno posílá zpět na Zemi, a změříte Dopplerův posun rádiového signálu a řekne vám, jak gravitační pole tlačilo a přitahovalo Juno.
Když neměříme gravitační pole, máme jiné nástroje, které by raději směřovaly přímo na Jupiter. I když mohou měřit gravitační pole, mohou si data vzít, ale je to lepší, pokud směřují přímo na Jupiter. Můžeme tolerovat, že protože sluneční pole jsou stále namířena na Slunce a stále můžeme zůstat v komunikaci s kosmickou lodí, nemůžeme získat úplné měření gravitačního pole.
"… Na samém konci mise se neočekává, že budou solární články fungovat stejně dobře jako na začátku."
Máme tedy několik drah, které jsou této geometrii věnovány. Samozřejmě, když jsme se tomu věnovali, bylo to tak, že pokud jsme jej nepoužívali, můžeme gravitační systém jen vypnout. Ale myslím si, že naše odhady jsou nyní takové, že naše síla je dostatečná, abychom mohli oba tyto možnosti udržet současně. Ať už to uděláme nebo ne, není to nutné, ale na samém konci mise se neočekává, že budou solární články fungovat stejně dobře jako na začátku.
NAPŘ: Je to kvůli záření? Ze stejného důvodu, že elektronika je citlivá, se sluneční články časem degradují?
SB: To je správně. Máme je chráněné, ale nevíme, jak dobře to bude fungovat přesně. Nemáme to ve svých plánech, ale můžeme se s tím vyrovnat s myšlenkou, že na konci mise, pokud nebudeme mít dostatek energie k tomu, abychom vše spustili, můžeme začít zavírat některé nástroje, které mají udělali většinu vědy, kterou jsme chtěli. Můžeme se střídat, pro které nástroje jsou a které nikoli.
NAPŘ: Takže vám to poskytuje určitou flexibilitu v případě, že záření je přísnější, než naznačuje modelování? Budete mít určitou flexibilitu, abyste mohli na konci stanovit priority?
SB: To je správně. Naše modely nyní naznačují, že to nebudeme muset dělat, ale pokud to potřebujeme, dokážeme otočit číselníkem.
NAPŘ: Přemýšlím o podrobném modelování, které jste udělali pro záření Jupiteru a misi Juno, a podívám se na informace dostupné na webových stránkách NASA a dalších zdrojích. Předpokládá se, že se neočekává, že všechny Junovy nástroje přežijí 33 drah, je to tak? Existuje nějaký nejlepší scénář pro přežití nástrojů? Četl jsem, že JIRAM (Jupiter Infračervený Auroral Mapper) a možná Junocam může trvat pouze do 8. dráhy a Mikrovlnný radiometr může trvat pouze do dráhy 11. Je to takový nejlepší scénář? Nebo více uprostřed silničního modelu, který sledujete tato čísla na oběžné dráze?
SB: Doufáme, že to je nejhorší scénář. Jsou navrženy tak, aby to přežily s faktorem 2 marže v radiaci. Je to asi o něco větší než faktor dva. Měli by být schopni to udělat bez problémů. Bylo by překvapením, kdyby netrvaly tak dlouho. Očekáváme, že pravděpodobně dorazí na konec mise. Ale na to se nespoléhám a ani to nepožaduji. Vyšlo to ze skutečnosti, že několik z těchto nástrojů nemá elektroniku uvnitř trezoru <titanium>.
NAPŘ: Je to proto, že nevyžadují, aby všech 33 orbit splnilo své poslání? Jsou nástroje upřednostňovány uvnitř titanového trezoru na základě počtu drah, které potřebují k dokončení své mise?
"V trezoru se veškerou elektronikou může být docela teplé místo a některé nástroje jsou o trochu lepší, když je zima."
SB: To je správně. Tak jsme se rozhodli. Očividně potřebovali nějakou ochranu před Jupiterovým zářením, takže kolem nich jsou malé krabičky, ale ne jako obří trezor. Existují také další důvody, proč nejsou v úložišti. Existuje několik výhod, jak je odstranit. V trezoru s veškerou elektronikou může být docela teplé místo a některé nástroje jsou o trochu lepší, když je zima. Takže existují různé obchody, které pokračovaly. Dobře jste to však charakterizovali v tom smyslu, že nejsme povinni plnit vědecké cíle, aby byly poslední v celé misi. Ale očekávám, že to bude mít výhody, pokud vydrží déle, takže máme naději, když jsme je navrhli, aby vydrželi déle.
NAPŘ: Scott, jaký máš formální titul v NASA?
SB: Oficiálně se nazývá hlavní vyšetřovatel. Takže jsem hlavním vyšetřovatelem mise Juno. Je to oficiální název, který pro lidi NASA znamená jen něco.
NAPŘ: Takže jste se zapojil do návrhu mise hned od začátku Juno?
SB: Jo jo. Stvořil jsem celou věc nebo celý proces. To, co hlavní vyšetřovatel pro průměrného člověka znamená, jsem za Juno zodpovědný. Za všechno a všechno spojené s Juno jsem zodpovědný za jeho úspěch. Ať už se jedná o design, strojírenství, vědu, stavět to na čase, utrácet příliš mnoho peněz, plán, všechno takové věci. Jiným způsobem, jak to říct, je, že pokud se něco pokazí, jsem ten, kdo je obviňován [smích].
NAPŘ: No, myslím, že se to hodně povede [smích.] Takže stejně jako já, musíte dychtivě očekávat Junoův příjezd do Jupiteru. Jaká je nejzajímavější a nejzajímavější část Junovy mise, pokud jste si museli vybrat jednu věc? Jsem si jist, že na to je téměř nemožné odpovědět. A co by vás mohlo překvapit? Když se podíváme na příchod New Horizon do Pluta a na překvapivé věci, které jsme tam našli, nebo na Cassiniho hledání ledových gejzírů, zdá se, že na nás vždy čeká překvapení. Co si myslíte, že je na Juno nejzajímavější, nebo co by podle vás mohlo být překvapivé zjištění?
"... vzrušující část Juno je, že jdeme někam, kam nikdo předtím neodešel."
SB: Podle definice překvapení to nevím. Nic z těchto věcí nebylo možné očekávat, a proto byly překvapením. Ale víte, vzrušující část Juno je, že jdeme někam, kam nikdo předtím neodešel. Budeme provádět měření, která nikdy nebyla provedena. Máme nástroje, které nikdy předtím nebyly vytvořeny, natož aby se dostaly do této jedinečné orbitální geometrie, kde můžete provádět speciální měření. Takže myslím, že očekávání, že se učí něco zcela nového, co nás překvapí, je vzrušující část.
Co se opravdu dozvíme, že to změní naše představy o tom, kde jsme přišli a jak jsme se sem dostali? Jaký je Jupiter? Je o tom tolik hádanek a je to tak důležité. Věci, které jsme se dozvěděli o naší vlastní sluneční soustavě, a věci, které jsme se dozvěděli o jiných solárních systémech, protože jsme mohli začít vidět exo-planety, nás dodnes ještě více pro nás učinili Jupiterem ještě důležitějším. Opravdu drží klíč a myslím si, že vzrušující je, že konečně odemkneme jedno z těchto tajemství. Pomáháme vytvořit cestu pro budoucí mise, aby se naučili ještě více.
Druhou věcí, kterou považuji za vzrušující, je, že jsem takzvaný hlavní vyšetřovatel, a pokud se zeptáte NASA, co to znamená a řeknou vám, že jsem za vše zodpovědný, skutečnou pravdou je, že to není jeden člověk. To se stalo obrovským týmem. To pomohlo navrhnout to, které vytvořilo způsob, jak to udělat, pochopit omezení, porozumět tomu, jak by to mohlo fungovat, že vymyslet technologie, které jsme potřebovali, aby se to stalo, a které v podstatě mělo vizi k jeho vytvoření a mělo schopnost jej implementovat a uvést tuto vizi do reality. Jsem nadšený, že jsem součástí tohoto týmu lidí, kteří toho dosahují, a že tento tým je vlastně jen součástí naší společnosti a lidstva, což se vše snaží dosáhnout věcí. Věci jako, jak zapadáme do přírody a jak funguje vesmír. Jsem prostě nadšený, že jsem součástí něčeho, co se snaží něco takového udělat.
NAPŘ: Je to úžasné a já plně souhlasím s vašimi slovy a myslím, že je to vzrušující pro mě a pro čtenáře časopisu Space Magazine. Je to obrovská mise a nemůžeme se dočkat, až se nám podaří vrátit nějaké výsledky. A nějaký obrázek. Je to vzrušující.
SB: Já také. [smích]
NAPŘ: Díky, že jste si udělali čas a promluvili si se mnou dnes, Scotte. Doufejme, že můžeme znovu mluvit. Vím, že lidé mají zájem o misi Juno.
SB: Nemáš zač. Měj hezký den.
