Hamarosan feltárul a Naprendszer legnagyobb bolygójának titka

A Juno űrszonda a Jupiternél

Már nem kell sokat aludni, és újabb eredmények okozhatnak izgalmas pillanatokat a tudomány iránt érdeklődőknek. Kevesebb mint egy hónap múlva érkezik meg ugyanis a Jupiterhez a Juno űrszonda, amely eddig példátlan feladatra vállalkozik: keresztülpillant a gázóriás emberi szem számára átlátszatlan, vastag felhőrétegén, hogy megtudja, mi rejtőzik a bolygó mélyén. A kapott adatok nemcsak a planéta, de a Naprendszer korai időszakáról is érdekes dolgokat mesélhetnek.

Naprendszerünk legnagyobb bolygója színes, kavargó felhőivel, nagy vörös foltjával úgy fest, akár egy modern művészi alkotás. Szépségét csak titokzatossága múlja felül. Igazából még azt sem tudjuk, ki és mikor fedezte fel a gázóriást. Annyi biztos, hogy már a régi korokban is ismerték: az ősi babiloni szövegekben Mardukként szerepelt, a korai görög kéziratokban Zeuszként azonosították, végül a római korban nyerte el ma is használatos nevét a mitológiai személyről, Jupiterről. E mitikus alak a Pantheon római főistene és az univerzum teremtője. Ami a planétát illeti, egyike annak az öt bolygónak, amelyek szabad szemmel is láthatók az éjszakai égbolton. Csupán a Hold és a Vénusz fényesebb nála.

A Hold, a Vénusz és a Jupiter tündöklése az éjszakai égbolton Forrás: ESO

A távcsövektől a szondákig

Első titkait 1610-ben kezdte felfedni, amikor Galileo Galilei kezdetleges távcsövét a Jupiter felé fordítva felfedezte annak négy legnagyobb holdját, az Iót, az Európát, a Ganümédészt és a Kallisztót. A felfedezés hatalmas jelentőséggel bírt, mivel demonstrálta, hogy a Föld nem a világegyetem közepe, ahogyan azt a geocentrikus világkép hirdetői hitték. Még ugyanebben a században Giovanni Cassini távcsövével foltokat és sávokat látott az óriásbolygó felszínén, valamint megfigyelte a Jupiter egyik legismertebb jellegzetességét, a Nagy Vörös Foltot, amely a Naprendszer legnagyobb, évszázadok óta tomboló vihara.

A Voyager 2 felvétele a nagy vörös foltról Forrás: Science Photo Library/Nasa

Aztán elérkezett a 20. század, a világűr kutatása pedig korábban sohasem látott lendületet kapott, köszönhetően a kozmoszba küldött űreszközök hadának. Magát a Jupitert is számos űrszonda vizsgálta, legismertebbek ezek közül a Pioneer, a Voyager, a Galileo, a Cassini és a New Horizons által végrehajtott közelrepülések. Ezek rengeteg információt és képet küldtek, ami lehetővé tette a gázóriás alaposabb megismerését, azonban a legizgalmasabb információk felfedése még hátra van. A grandiózus feladat a NASA hamarosan megérkező kutatóeszközére, a Junóra vár. Az űrszonda névadója a római mitológiában a házasság, a szülés és a gondoskodás istennője, Jupiter felesége. A római mitológia szerint képes volt átlátni a felhőkön, nyilván ez indokolja, hogy az űrszonda az ő nevét viseli.

Mit fog a szonda vizsgálni?

Az űreszközt a New Frontiers program második küldetésének keretében indították útjára 2011-ben (az első a New Horizons volt, amely tavaly érte el a Plútó–Charon rendszert), a költségek 1,1 milliárd amerikai dollárt tettek ki. Ha minden a tervek szerint alakul, július 4-én érkezik meg a Jupiterhez, és majdnem két éven át fogja tanulmányozni a gázóriást.

De mit is fog konkrétan vizsgálni? Az egyik fontos kérdéskör a bolygó keletkezése. A tudósok úgy gondolják, hogy a Nap 4,6 milliárd évvel ezelőtti kialakulása után a Jupiter az első bolygók egyikeként kezdhetett el formálódni. Hogy ez miként történt, egyelőre rejtély. Az egyik elképzelés szerint előbb egy nagyobb tömegű bolygómag alakult ki, amely gravitációs erejével magához vonzotta a környező gázokat, a másik alapján viszont a Naprendszert kialakító ősköd egy instabil régiója omlott össze, kiváltva ezzel a bolygó létrejöttéhez vezető folyamatot.

A Földtől eltérően a Jupiter hatalmas tömege lehetővé tette az égitest eredeti összetételének megőrzését, ami alapján megismerhetővé válhat a Naprendszer korai története. A Juno mérni fogja az atmoszférában jelenlévő víz és ammónia mennyiségét, valamint kideríti, hogy a bolygónak van-e egyáltalán szilárd magja. A Jupiter gravitációs és mágneses mezőjének feltérképezése feltárhatja a planéta belső szerkezetét és a bolygómag tömege is mérhetővé válhat.

A Galileo űrszonda érdekes megfigyelése

Mostanáig egyetlen szonda állt pályára a Jupiter körül, ez a Galileo űrszonda volt. 1995. december 7-én érkezett meg a Jupiterhez, és magával vitte az első légköri szondát, amely leereszkedett a gázbolygó légkörébe. A vizsgálatok során érdekes eredményeket kaptak a kutatók. A műszer nagy mennyiségben talált szenet és nitrogént, valamint argont, kriptont és xenont, utóbbiak 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. Meglepő módon oxigénből sokkal kevesebbet találtak, mindennek a magyarázata talán a Juno megfigyeléseiből majd kiolvasható lesz. A Galileo-küldetést 2003. szeptember 21-én fejezték be. A szondát belevezették a Jupiter atmoszférájába, ahol a súrlódás miatt elégett.

Hogy mi zajlik a Jupiter felhőtakarója alatt, arra is választ adhat a Juno. Hála a feltuningolt VLA teleszkóprendszernek, erről már van némi fogalmunk: a legújabb rádiótérképpel például sikerült száz kilométer mélyen bepillantani a felhőréteg alá, így többek között a kutatók megfigyelhették az ammóniagáz fel-le irányuló mozgását. A szonda viszont ennél is többet kínál: átfogó képet adhat a légkör mélyebb részeinek globális szerkezetéről és mozgásairól, összetételének változásairól, hőmérsékletéről, a felhők átlátszóságáról és a felhőrendszer dinamikájáról.

A Juno űrszonda a Jupiternél Forrás: NASA

Végül, de nem utolsósorban, a Juno a bolygó mágneses mezejét is tanulmányozni fogja. Régóta tudjuk, hogy a Jupiter anyagának legnagyobb része hidrogén és hélium, ennek ellenére 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, amellyel kapcsolatban sarki fény is jelentkezik a planétán. A szonda műszerei képesek a sarki fények viselkedését vizsgálni, amelyek egyébként látványos nyomjelzői a magnetoszférában végbemenő változásoknak, azonban még kevéssé sikerült ezeket értelmezni a Jupiternél.

A Juno űrszonda és műszerei. Nagyobb méretért kattintson a képre Forrás: Origo

Kihívások

A Junónak nem lesz egyszerű feladata. A mérések elvégzéséhez szükséges alacsony keringési pályája miatt erősebb védelmet igényelnek az elektronikus műszerei a nagy erejű töltött részecskékkel és a Jupiter erős mágneses terével szemben. Erre a célra a szondát tervező mérnökök titánt választottak, összesen 200 kilogrammnyi fémet használtak fel az építés során. Bizonyos elektromos berendezést volfrámból készítettek, és olyan műszer is akad, amelynek van saját sugárvédelmi „doboza”.

A védelemre mindenképpen szükség lesz, a Juno űrszonda küldetése során mintegy 100 milliószor akkora sugárdózist kap majd, mint a páciens egy átlagos fogorvosi röntgenfelvétel készítésekor.

Sarki fény a Jupiteren Forrás: NASA

Ekkora erejű sugárterhelést még egy hagyományos szatellit sem bírna ki, az áramkörei szó szerint „megsülnének”.

Mindez azonban csak az egyik kihívás a sok közül, amivel szembe kell nézni. A Juno az első olyan űrszonda, amelyik a külső Naprendszerben napelemekkel biztosítja az energiaellátását. Korábban ezt a feladatot az űr távoli régióiba küldött eszközöknél radioizotópos generátorok látták el, a Juno építése idején viszont a NASA ideiglenesen kifogyott a radioaktív izotópokból, így napelemekhez kellett folyamodni. Szerencsére a technológiai fejlődés révén ma már nagy hatékonyságú napelemekkel megoldható egy ilyen messzire nyúló utazás.

A Juno űrszonda napelemei Forrás: NASA

A három hatalmas napelemtábla a Földön 12-14 kilowatt teljesítményt adna le, a Jupiternél viszont – amely 780 millió kilométerre található központi csillagunktól -

a szonda megérkezésekor a kinyerhető elektromos teljesítmény alig lesz 400 watt felett.

A gázóriás térségében uralkodó erős részecskesugárzás ráadásul erodálja a napelemeket, így ez a teljesítmény a működési idő végére várhatóan még inkább lecsökken.

Hatalmába kerítette a Jupiter

Márpedig energiára szükség van, a szondának számos nehéz manővert is végre kell hajtania. Kezdetben a Föld gravitációs hatása alatt állt, ebből úgynevezett hintamanőverrel sikerült kiszabadulnia. A hintamanőver lényege, hogy a Föld vagy valamelyik másik bolygó mellett elrepülő űrszonda „megcsapolja” a bolygó gravitációs terét, és az így nyert energiát saját javára fordítja.

A Juno felbocsátása Atlas V hordozórakétával Forrás: NASA/Tony Gray and Don Kight

A bravúrt követően a Juno döntően a Nap befolyása alá került, majd idén május végén érkezett a hír, hogy sikeresen átlépte a Nap és a Jupiter gravitációs határvonalát, és most már főként a gázóriás gravitációs ereje tartja „hatalmában” az űreszközt.

Körülbelül 257 ezer kilométer per órás sebességgel fog céljához érni, így ez lesz a leggyorsabb űreszköz, amit ember valaha alkotott.

A száguldás természetesen végzetes lehet a Juno számára, ha nem sikerül a Jupiterhez érve időben lelassítania, és emiatt rossz pályára kerül a szerkezet. Ilyen távolságban a földi irányítók sem tudnak segíteni (hiszen 40 perc, mire fogják a jelzéseket), minden a szonda fedélzeti számítógépére lesz bízva, az összes kényes műveletet a komputernek kell lebonyolítania. Amint a rakétahajtómű eléggé lefékezi a szerkezetet, a Jupiter gravitációja befogja a szondát, és az pályára áll.

A Juno rakétahajtóműve működés közben Forrás: NASA

Amennyiben nem történik semmilyen komolyabb gikszer, a Juno a Jupiternél szokatlan útvonalra, poláris pályára kerül, innen végezheti ugyanis ideálisan megfigyeléseit.

Húsz hónapon át fog keringeni a gázóriás körül, ez alatt az idő alatt 37-szer fogja megkerülni a bolygót.

Nagyjából 4800 kilométerre lesz a felhőtakarótól, miközben próbálja „túlélni” a Naprendszer legnagyobb égitestének közelében uralkodó mostoha körülményeket. Küldetésének végén – vagyis 2018 februárjában – persze nem kerülheti el sorsát, akárcsak a Galileo űrszonda, a Jupiterbe csapódva fog megsemmisülni.

Animáció a Juno űrszonda megsemmisüléséről