A Jupiter legmélyebb titkait fedi fel az augusztusban induló Juno űrszonda

Amerikai űrszonda indul augusztusban a Jupiterhez. A Junónak az erős mágneses térben, intenzív részecskesugárzás közepette kell új ismereteket szereznie a Naprendszer legnagyobb bolygójáról. A küldetés célja célja a Jupiter összetételének, gravitációs és mágneses terének vizsgálata.

A 700 millió dolláros, a NASA New Frontiers nevű programja keretében tervezett küldetést eredetileg 2009-ben akarták indítani, de anyagi okok miatt 2011. augusztus 5-én startol a Juno űrszonda egy Atlas-V hordozórakétán. Két év múlva visszatér a Földhöz, majd bolygónk gravitációs terét kihasználva, egy úgynevezett hintamanőver segítségével növeli meg sebességét, hogy 2016-ban érkezzen meg az óriásbolygóhoz.

Az űreszköz a Jupiternél szokatlan útvonalra, poláris pályára áll. Minden keringés során, tehát 11 naponta elhalad az északi és déli pólus felett, legkisebb távolsága a légkör tetejétől egy bolygósugárnyira lesz, míg pályája túlsó felén ennél 39-szer messzebbre jut. Poláris pályáról végezheti ugyanis ideálisan megfigyeléseit, amelyek célja a bolygó összetételének, gravitációs és mágneses terének a vizsgálata. Vizsgálja a sarki fényeket is, valamint a magnetoszféra kölcsönhatását a holdakkal és a róluk kiszabadult gázokkal.

Az űrszonda pályája a Jupiterig (NASA)

Mit nem tudunk a Jupiterről?

A Naprendszer legnagyobb bolygójáról régóta tudjuk, hogy anyagának legnagyobb része hidrogén és hélium. Ezért gázbolygónak is nevezik, pedig tömegének legnagyobb hányada folyékony halmazállapotban van. Ez egy furcsa, extrém állapotú, néhol fémes és vezető tulajdonságokat mutató folyékony hidrogén. A benne zajló áramlások nyomán keletkezik a globális mágneses tér - tehát az másként jön létre, mint a Föld esetében. Az így születő magnetoszféra pedig nemcsak a bolygó környezetét, de a szonda üzemeltetését is erősen befolyásolja.

A Nagy Vörös Folt, a Jupiter hatalmas légörvénye (háttérben) és a Föld mérete (előtérben) összehasonlításként

A mágneses térrel kapcsolatban sarki fény is jelentkezik a bolygón, méghozzá három elkülöníthető formában: egy nagy ovális terület sugároz stabilan mindkét mágneses pólus körül, ettől függetlenül létezik egy változékony és ingadozó sarki komponens is, továbbá itt említhető az "Io hold lábnyoma" - ahol a vulkanikusan aktív hold és a bolygó közötti erővonalak mentén áramló ionok a Jupiter légkörébe csapódnak. A szonda hét műszerrel képes a sarki fények viselkedését tanulmányozni, amelyek egyébként látványos nyomjelzői a magnetoszférában végbemenő változásoknak, azonban értelmezni még kevéssé sikerült őket a Jupiternél.

Fontos kérések a Jupiterről:

• Mekkora a H₂O aránya a bolygóban?
• Mennyit vándorolt születése után a Jupiter a Nap irányba?
• Miként állt össze a Naprendszer legnagyobb bolygója, és miért pont ott alakult ki?
• Milyen mélységig befolyásolja a napfény a légáramlatokat, és milyen erejű, illetve irányú szelek fújnak mélyen a bolygó felhői alatt?
• Mekkora a Jupiter szilárd magja, és sűrűsége alapján miből állhat?
• Hogyan generálódik a rendkívül energikus mágneses tér, és miként viselkedik az úgynevezett elfajult állapotú hidrogén a Jupiterben uralkodó nyomáson?

Szintén fontos kérdéskör a bolygó keletkezése és az annak nyomát őrző kémiai összetétel. Az elemarányokról korábban megállapították, hogy az argon, kripton és xenon koncentrációja 2-3-szor nagyobb a Napra jellemzőnél. Eszerint a Jupiter vagy a Naptól sokkal messzebb alakult ki, vagy igen távoli üstökösmagok anyagából is sok épült a bolygóba, vagy a Naprendszert kialakító ősköd sokkal hidegebb volt, mint ma feltételezik. Viszont oxigénből szokatlanul kevés mutatkozik a bolygón, mindennek magyarázata talán a Juno megfigyeléseiből kiolvasható.

A Juno űrszonda fantáziarajza a Jupiter körül, a háttérben fent az óriásbolygó sarki fényével, jobbra lent egy sötét holdárnyékkal a légkörön (NASA)

A szonda jellemzői

A Juno űrszonda 15 hónaposra tervezett működése során mintegy 100 milliószor akkora sugárdózist kap majd, mint a páciens egy átlagos fogorvosi röntgenfelvétel készítésekor. A szondát ezért erős sugárvédelemmel látták el: hat darab 1 négyzetméteres, 18 kilogrammos és 1 centiméter vastag titániumból álló lap védi majd a központban lévő elektronikus berendezéseket.

Áttekintés a szonda műszereiről (NASA)

A küldetés során kiemelt figyelmet fordítanak az óriásbolygó infravörös és mikrohullámú sugárzásainak tanulmányozására, amivel a felhők szintje alá lehet bepillantani. Az űreszköz az alábbi érzékelőket viszi magával:

• mikrohullámú radiométer (Microwave radiometer, MWR): közel 100 bar nyomásszintig "lelát" a felhők teteje alá az infravörös tartományban
• infravörös sarkifény-térképező (Jovian Infrared Auroral Mapper, JIRAM): infravörös felvételeket és színképeket vizsgál
• magnetométer és csillag-irányérzékelő (Fluxgate Magnetometer (FGM) and Advanced Stellar Compass (ASC): a mágneses tér jellemzőit vizsgálja
• sarki fény részecskeeloszlását vizsgáló detektor (Jovian Auroral Distribution Experiment, JADE): az elektronok térbeli eloszlását és energiáját vizsgálja
• energikus részecskedetektor (Jovian Energetic Particle Detector Instrument, JEDI): a magnetoszféra részecskéinek jellemzőit és eloszlását elemzi
• rádió- és plazmahullám detektor (Radio and Plasma Wave Sensor, WAVES):
• ultraibolya képfelvevő spektrográf (Ultraviolet Imaging Spectrograph, UVS): az UV sugárzást kibocsátó anyag összetételének, részben a sarki fény zónának a vizsgálatára
• Juno kamera (JunoCam, JCM): színes képeket készít az optikai tartományban a bolygó légköréről
• skalár magnetométer (scalar helium magnetometer, SHM): a mágneses teret térképezi nagy pontossággal
• gravitációs kísérlet (gravity science, GS): a rádiókommunikációban jelentkező Doppler-eltolódás alapján nagy pontossággal térképezi a gravitációs teret

A szonda energiaellátását napelemek biztosítják. Ez lesz az első ilyen űreszköz a Jupiter körül. Az óriásbolygó ötször messzebb van a Naptól, mint a Föld, ezért korábban csak radioaktív energiaforrással sikerült egy szondának elegendő energiát termelnie csillagunktól ilyen távolságban. A technológiai fejlődés révén azonban ma már ez nagy hatékonyságú napelemekkel is megoldható. A szonda három szárny formájú napeleme összesen 60 négyzetméteres felületen a Föld naptávolságában még 15 000 wattot termel, de a Jupiternél ez az érték már csak 486 watt, és a szonda öregedésével párhuzamosan 420 watt körüli értékre fog csökkenni.

Film a Juno űrszondáról (NASA)

A küldetés segítségével tehát információkat kaphatunk a bolygó kialakulásáról, belső szerkezetéről, kiderülhet, milyen összetételű és mekkora szilárd mag van a centrumában. A Juno annak tisztázásában is segít, hogy mennyi vízgőz, illetve víz van a Jupiter felhőzetében, és milyen áramlások jellemzők a távcsővel látható felhőszintnél mélyebben. A mágneses tér kialakulásának jobb megértése pedig közelebb vihet bennünket a Jupiter belső állapotainak értelmezéséhez is. Mindez nemcsak a Jupiter megismerésében segíthet, hanem az exobolygók születésének pontosabb leírásában is.