Ludzkość wybiera się na Jowisza, czyli misja JUICE. Pierwsza taka w historii

Jowisza, gazową planetę giganta w naszym Układzie Słonecznym, badają od wielu lat sondy NASA. Wydawałoby się zatem, że znamy go i jego księżyce już dokładnie. A jednak, europejska sonda JUICE zrobi coś, czego jeszcze nikt nie próbował.

Gdy w pogodny wieczór spacerując po dworze zobaczycie nad południowo-zachodnim horyzontem wyjątkowo jasną kropkę, to wiedzcie, że jest to Jowisz, największa z planet w Układzie Słonecznym. Właściciel mini układu planetarnego składającego się z 80 księżyców. Najważniejsze z nich, te cztery, które Galileusz zobaczył w 1609 roku, już przez niewielką lornetkę jawią się jako cztery punkciki wokół Jowisza.

To właśnie w podróż do tych księżyców ruszy w kwietniu 2023 roku europejska sonda JUICE, czyli JUpiter ICy moons Explorer. W laboratoriach Airbusa zakończyły się jej testy, zamocowano upamiętniającą odkrycia Galileusza plakietkę i zapakowano tę sondę w ostatnią ziemską podróż.

Przed lotem w kosmos sonda JUICE wybiera się do dżungli

W lutym przesyłka z JUICE dotrze do Gujany Francuskiej. Tam znajduje się Kourou, jednej z najlepszych na świecie kosmodromów. Stąd startował w grudniu 2021 roku teleskop Webb. Podobnie jak ten teleskop, JUICE na orbitę wyniesie największa europejska rakieta Ariane 5. Będzie to ostatni lot takiej rakiety. W przyszłości zastąpi ją Ariane 6.

Misja europejska, ale pomoc całego świata

ESA czyli Europejska Agencja Kosmiczna, przewodzi misji JUICE, ale to nie oznacza, że każda śrubka jest Made in EU. Amerykańska NASA, japońska JAXA i izraelska ISA, dostarczyły trochę elektroniki i ważny instrument do obserwacji w ultrafiolecie. Sondę wyposażono w 10 instrumentów naukowych, a także sensor promieniowania i eksperymentalne urządzenie PRIDE do pomiaru pozycji sondy.

Pozwoli ono, z pomocą radioteleskopów na Ziemi, określić pozycję sondy z dokładnością nawet kilkudziesięciu metrów. Na podstawie tych danych astronomowie ocenią pozycję księżyców, które sonda będzie mijać, najdokładniej w historii.

Naszą uwagę zaprzątną też wyniki pracy kamery JANUS. Dostarczy ona najdokładniejsze w historii zdjęcia księżyców Jowisza. Koszt całej misji wyniesie około 1,6 miliarda euro. To w przeliczeniu około 7,5 miliarda złotych, czyli mniej więcej koszt kilku Stadionów Narodowych.

JUICE leci, bo wciąż brak nam pewności, czy te oceany podlodowe tam istnieją

Dotychczasowe misje na Jowisza doprowadziły nas do przekonania, że pod lodowymi skorupami księżyców Europa, Callisto i Ganimedesa, mogą znajdować się wszechoceany wypełnione wodą. Przekonanie to jednak nie pewność. Nowoczesne instrumenty JUICE pomogą odpowiedzieć raz na zawsze na pytanie, czy faktycznie te oceany tam istnieją i jak mogą być duże.

Tak wyobrażamy sobie obecnie wnętrze księżyców Galileuszowych Jowisza. Odcienie niebieskiego koloru to woda.

JUICE napisze też w pewnym sensie kolejny podręcznik historii układu Jowiszowego. Astronomowie dowiedzą się wielu rzeczy, w tym co stanie się z Wielką Czerwona Plamą w przyszłości, jak współistnieją księżyce Galileuszowe i Jowisz, a nawet skąd wzięły się jego pierścienie.

Będzie upalnie, będzie też mroźno. Bardzo mroźno

Jowisz znajduje się bardzo daleko od Ziemi. Lot prosto na Jowisza nie jest możliwy, bo planety nie stoją w miejscu. Poza tym taka podróż wymagałaby ogromnej ilości paliwa, bo już najmniejsza odległość Ziemia Jowisz to 588 milionów kilometrów, czyli ponad 1500 razy więcej niż odległość Ziemia - Księżyc.

Na szczęście misje kosmiczne to sztuka oszczędzania, a astronomowie ludzie z natury bardzo cierpliwi. Dlatego w przypadku JUICE zaplanowano trajektorię, która dzięki pomocy sił natury pozwoli rozpędzić się sondzie i pokonać trasę.

Pomocne będą tak zwane asysty grawitacyjne, które eliminują potrzebę wożenia na pokładzie sond dużych ilości paliwa. Sonda przelatując kilkukrotnie w pobliżu Ziemi i Wenus okręci się wokół nich i zyska dodatkową prędkość. Z początkiem 2029 roku będzie ona na tyle duża, by sonda poleciała już w kierunku Jowisza, do którego dotrze w lipcu 2031 roku. JUICE przez ponad cztery lata będzie badać Jowisza i jego księżyce.

W czasie podróży, temperatury do jakich Słońce będzie rozgrzewało powierzchnię sondy, zmienią się od nawet plus 250 stopni Celsjusza, gdy JUICE znajdzie się w pobliżu Wenus, do jedynie -230 stopni Celsjusza gdy JUICE już doleci do celu.

A ponieważ wnętrze sondy, w którym jest nie tylko elektronika, ale i optyka oraz liczne elementy mechaniczne, nie może się przegrzewać, ani nadmiernie schłodzić, JUICE opatulono wielowarstwowym kocem termicznym. Ta izolacja to właśnie ta czarno-złota powłoka jaką widać na niektórych zdjęciach sondy. Na czas transportu do miejsca startu, sonda została jeszcze dodatkowo owinięta foliami zabezpieczającymi.

Fotowoltaika wygrywa w kosmosie?

JUICE jest bardzo ekologiczną sondą, a jej energia będzie czerpana w całości z promieniowania słonecznego. Sondę wyposażono w bardzo duże panele fotowoltaiczne, które mają powierzchnię 85 metrów kwadratowych.

Muszą one być tak duże, gdyż w odległości Jowisza promieniowanie Słońca jest 25 razy słabsze niż w pobliżu Ziemi. Rozmiar paneli pozwoli wygenerować około 900 W mocy w okolicy Jowisza. To pewnie mniej niż wasz czajnik elektryczny, ale JUICE to w pełni wystarczy.

Duże są nie tylko panele fotowoltaiczne, ale też główna antena nadawcza. Ma ona rozmiar 2,4 metra, a i tak szybkość łączności z Ziemią będzie podobna jak telefonicznego modemu internetowego z przełomu stuleci.

Te rzeczy JUICE zrobi jako pierwsza w historii

Jowisza przed JUICE badała przez 8 lat sonda Galileo (1995-2003), a od 2016 roku obserwuje z bliska sonda Juno. Tę planetę odwiedzały w podróży także inne sondy, gdyż Jowisz jest obowiązkowym celem pośrednim prawie każdej podróży wiodącej dalej.

Wiele z tych misji korzystało wcześniej z grawitacji Wenus i Ziemi, by nabrać prędkości. JUICE jako pierwsza sonda w historii skorzysta także z pomocy Księżyca. Nastąpi to już w sierpniu 2024 roku.

JUICE na orbicie Jowisza jako pierwsza tak dokładnie przebada radarem powierzchnie księżyców Europa, Callisto i Ganimedes, że da się ocenić, czy i jak duże oceany pod lodową skorupą tam występują.

A gdy już znudzi się jej ciągłe przelatywanie w pobliżu tych księżyców, co w ciągu czterech lat uczyni 35 razy, sonda jeszcze raz zbliży się do samego Jowisza, by wykorzystać jego grawitację do wyhamowania i wejścia pod koniec 2034 roku na orbitę Ganimedesa.

Dotychczas ziemskie pojazdy były w stanie orbitować jedynie wokół księżyca Ziemi. JUICE zrobi to w przypadku księżyca Jowisza. Będzie krążyć wokół Ganimedesa w odległości 500 km, a może nawet dwa razy mniejszej. Potem prawdopodobnie rozbije się na jego powierzchni.

Dlaczego ostatecznym celem JUICE jest Ganimedes, a nie Europa czy Callisto?

Europa leży zbyt blisko Jowisza, a promieniowanie tam panujące byłoby zabójcze dla pozostającej dłużej na jej orbicie sondy. Callisto jest z kolei najstarszym księżycem co czyni go również mniej interesującym niż Gaminedes.

Ten z kolei jest największym księżycem w Układzie Słonecznym o bardzo zróżnicowanej powierzchni. Jego średnica 5268 km to więcej niż rozmiar planety Merkury. To nie wszystko. Ganimedes ma własne pole magnetyczne, tak jak Ziemia. Jego źródłem może być ogromny słony ocean pod lodową skorupą. JUICE sprawdzi, czy na Ganimedesie panują warunki przyjazne życiu, dziś lub w przeszłości. A poszukiwanie śladów tego leży u podstaw każdej misji kosmicznej.