Intenzívne žiarenie okolo Jupitera formovalo každý aspekt misie Juno, najmä Junoovu obežnú dráhu. Údaje ukazujú, že existuje medzera medzi radiačnými pásmi, ktoré obklopujú Jupiter, a vrcholmi mrakov Jupitera. Juno bude musieť „navliecť ihlu“ a prejsť touto medzerou, aby sa minimalizovalo vystavenie žiareniu a aby sa splnili jeho vedecké ciele. K zložitosti misie Juno prispieva aj skutočnosť, že dizajn kozmickej lode, vedecké ciele a orbitálne požiadavky sa navzájom formovali.
Nebol som si istý, s akou otázkou začať tento rozhovor: Ako formovali Junovu obehu podmienky okolo Jupitera, najmä jeho extrémne žiarenie? Ako môže Juno prežiť obežnú dráhu potrebnú na to, aby Juno prežil Jupiterovu extrémnu radiáciu? Alebo nakoniec, ako vedecké ciele formovali Junovu obežnú dráhu?
Scott Bolton, hlavný vyšetrovateľ NASA pre misiu Juno v Jupitere. Obrázok Kredit: NASA
Ako vidíte, misia Juno vyzerá ako kúsok gordiánskeho uzla. Som si istý, že všetky tri otázky sa museli položiť a zodpovedať niekoľkokrát, pričom odpovede formovali ostatné otázky. Aby som pomohol rozmotať tento uzol, hovoril som s Scottom Boltonom, hlavným výskumným pracovníkom NASA pre misiu Juno. Ako osoba zodpovedná za celú misiu Juno má Scott úplné porozumenie Junovým vedeckým cieľom, dizajnu Juna a obežnej dráhe, ktorú Juno sleduje okolo Jupitera.
EG: Ahoj Scott. Ďakujeme, že ste si našli čas na rozhovor so mnou dnes. Žiarenie Jupitera predstavuje veľké riziko, s ktorým musí Juno čeliť, a titánový trezor Juno je určený na ochranu elektroniky spoločnosti Juno. Ale Junovu obežnú dráhu čiastočne formuje žiarenie okolo Jupitera. Ako tvarovalo Junoove obeživo žiarenie okolo Jupitera?
"... vedeli sme, že región okolo Jupitera je skutočne zlý, nebezpečný a tvrdý ožarovaním ..."
SB: Povedzme, že to obmedzilo naše možnosti. Junoova obežná dráha bola vybraná kombináciou príležitostí na vedecké merania, ktoré si vyžadovali určitú geometriu alebo umiestnenie kozmickej lode na vykonanie, a skutočnosť, že sme sa museli vyhnúť čo najlepšiemu, mohli by sme najnebezpečnejšej oblasti v podstate v slnečná sústava. To si vyžadovalo, aby sme boli veľmi blízko Jupitera a mali polárnu orientáciu. Prejdeme cez póly Jupitera. Vedeli sme, že región okolo Jupitera je skutočne zlý, nebezpečný a drsný ožarovaním, ale nikdy sme tam tiež nešli s kozmickou loďou. Nie sme si teda úplne istí, aké drsné alebo presne to je. Máme len niekoľko nápadov.
Ale pomocou analógií so Zemou a pomocou modelovania sme boli schopní vymyslieť spôsob, ako dosiahnuť vedecké ciele, ktoré sme chceli, a stále zostať mimo najhorších regiónov. Juno prichádza cez póly a ponorí sa veľmi blízko k Jupiteru tak, ako veríme, že bude medzi radiačnými pásmi a samotnou atmosférou Jupitera.
Na Zemi je malé okno medzi našimi radiačnými pásmi - ktoré nie sú také nebezpečné ako Jupiter, ale sú tvarované podobným spôsobom - a atmosféra Zeme. Je tu medzera a máme dôkazy, že je tu medzera aj v Jupitere a túto ihlu navliekame.
EG: Odkiaľ pochádzajú dôkazy o tejto medzere, nielen pri pohľade na pozemské pásy Van Allen? Vyskytli sa nejaké pozorovania niektorého z observatórií NASA, ktoré by naznačovali, že v okolí Jupitera bude podobná medzera?
SB: Použili sme rádioteleskopy ako VLS (Very Large Array) a iné rádioteleskopy po celom svete, ktoré sa môžu pozerať na Jupiter a na určitých frekvenciách, ktoré vidia, čo sa nazýva synchrotrónové žiarenie. Synchrotrónové žiarenie sú elektróny s veľmi vysokou energiou, ktoré sa pohybujú takmer rýchlosťou svetla a emitujú rádiové emisie. Vydávajú to vo veľmi špecifickej geometrii založenej na relativistickej fyzike. Vidíme to a hovorí nám niečo o tom, ako sa tvaruje žiarenie a ako sa distribuuje populácia vysokoenergetických elektrónov. Používa sa v modeloch a dokážeme naznačiť, že by mala existovať určitá medzera, čiastočne preto, že keď sa pozrieme na to žiarenie, vyzerá to, že sa zhasne, keď sa dostane veľmi blízko k Jupiteru. Máme však obmedzené rozlíšenie, takže hoci existuje náznak, že medzi Jupiterom a jeho radiačnými pásmi existuje medzera, neexistuje žiadny pozitívny dôkaz.
EG: Samotná Juno bude teda pozitívnym dôkazom toho, že existuje medzera medzi Jupiterom a jeho radiačnými pásmi?
SB: Áno. A potom máme ešte jedno meranie, ktoré nám to pomôže pochopiť. Kozmická loď Galileo, ktorá obiehala okolo Jupitera v polovici 90. rokov, obsahovala sondu, ktorá vyšla do atmosféry Jupitera, aby zistila, z čoho bola vyrobená. Táto sonda vykonala niektoré merania s niektorými veľmi surovými nástrojmi, takmer ako Geigerove počítadlá, a údaje z týchto meraní naznačovali vrchol žiarenia a potom medzeru blízko Jupitera. To nám poskytlo ďalší dôkaz o existencii medzery. Aj keď ide o veľmi obmedzený súbor údajov, je to v súlade s modelmi z rádiových ďalekohľadov.
EG: Na misiu Juno ste mali mať na mysli určité vedecké ciele, takže ako pochopilo vedecké ciele misie Juno toto porozumenie Jupiterových radiačných pásov a obežná dráha potrebná na ich zabránenie? Vynútilo to opustenie všetkých cieľov?
"V skutočnosti to boli vedecké ciele, ktoré v podstate riadili obežnú dráhu."
SB: Nie, vôbec nie. V skutočnosti to boli vedecké ciele, ktoré v podstate riadili obežnú dráhu. To nás viedlo k tomu, aby sme sa chceli naozaj priblížiť. Otázkou bolo, ako blízko to môžeme dosiahnuť, a koľkokrát môžeme obísť? Povedal by som teda, že to, čo žiarenie robí, nezmenilo to našu obežnú dráhu natoľko, aby obmedzilo počet obehov. Mali sme teda obmedzenú životnosť a kvôli tejto obmedzenej dobe života sme sa dostali na obežnú dráhu, ktorá nám umožnila čo najrýchlejšie zmapovať planétu. Chceme to letieť veľmi blízko, v mnohých rôznych zemepisných dĺžkach, ktoré sú rovnomerne rozmiestnené.
Vedecké ciele a obmedzenia radiačných pásov nám hovorili, že Juno vydrží len tak dlho, takže mapu musíte urobiť v obmedzenom čase. Existuje teda určitý kompromis. Možno existuje spôsob, ako Juno chrániť dlhšie titánom, viac tienenia, ktoré vydrží trochu dlhšie, ale nakoniec to bude také zlé, že si nie som istý, či sme ho viac chránili, aby vydržalo dlhšie.
"Keby som bol schopný naložiť dosť paliva, mohol by som zmeniť obežnú dráhu uprostred misie ..."
EG: Myslím, že klesajúce výnosy?
SB: Správny. Takže obmedzenia inžinierstva a praktickosti toho, čo môžeme spustiť na rakete, sú skutočne tým, čo nás obmedzovalo. Keby som bol schopný naložiť dostatok paliva, mohol by som zmeniť obežnú dráhu v strede misie, aby sme mohli vydržať dlhšie. To by si však vyžadovalo obrovské množstvo paliva. Čo sa stane, keď ste blízko Jupitera, nie je to úplne symetrické, takže začína meniť tvar Junovej obežnej dráhy.
EG: Takže by ste museli urobiť korekciu, aby ste udržali obežnú dráhu?
SB: Áno, ale nemôžeme. Nemáme dosť paliva na to, aby sme niečo také urobili, takže musíte žiť s tým, čo Jupiter robí na obežnej dráhe. Začína sa točiť obežnú dráhu okolo seba a zakaždým, keď prídeme okolo Jupitera, začne točiť obežnú dráhu trochu viac. Trochu to používame vedecky, ale realita je taká, s ktorou musíme žiť. Ak sú režimy v prvej polovici misie správne, nemusíme sa zaoberať maximálnym množstvom žiarenia, ale smerom k druhej polovici misie sa zhoršuje. Nemôžeme sa vyhnúť radiačným pásom v maximálnej možnej miere na začiatku. To je v podstate to, čo obmedzuje životnosť misie Juno.
EG: Takže Jupiter neustále ovplyvňuje Junovu obežnú dráhu a vy máte obmedzenú kapacitu to vyriešiť?
SB: To je správne. Je to preto, že Jupiter nie je dokonalá sféra.
EG: A jedným z cieľov je zmapovať Jupiterovu gravitáciu?
SB: Áno, aby sme zistili, ako presne je sféra nedokonalá (smiech). A potom sa z toho poučte o tom, aká je jej vnútorná štruktúra, a teda ako sa formovala.
EG: Zdá sa, že je vhodný čas sa opýtať, aký je tvar Junovej obežnej dráhy? Ako blízko bude Jupiter a ako ďaleko sa dostane na svoju obežnú dráhu?
"... sme vonku pri vonkajších mesiacoch, blízko Callisto alebo tak."
SB: Je to elipsa, podobne ako väčšina orbit, a jej najbližší prístupový bod je asi 5 000 km (3100 míľ) nad vrcholmi mrakov alebo podobne a nazýva sa perijove. Na druhej strane sme vonku pri vonkajších mesiacoch, blízko Callisto alebo podobne.
EG: Docela vzdialená.
SB: Áno, je to dosť ďaleko. Dokončenie orbity bude trvať asi 14 dní. A potom je druhá orientácia priamo nad pólmi. Hneď nad severným a južným pólom. Na túto obežnú dráhu sa však nedostávame okamžite. Najprv musíme vypáliť naše rakety a dostaneme sa na oveľa väčšiu obežnú dráhu, ktorá trvá asi 53 dní, a vzdialenosť, ktorú od Jupitera odvrátime, je oveľa ďalej. V priebehu niekoľkých prvých mesiacov máme dosť paliva na to, aby sme upravili obežnú dráhu tak, aby sme dostali to, čo nakoniec chceme, a to trvá niekoľko mesiacov.
EG:Juno je teda tiež poháňané solárnou energiou, iné ako palivo, aby zmenilo svoju dráhu. Musíte zostať vystavení slnku, takže to muselo byť ďalšou pri navrhovaní vašej obežnej dráhy?
„... vo všeobecnosti sa vyhýbame tieňom alebo okultizáciám Jupitera.“
SB: Áno, to bolo ďalšie obmedzenie v tom zmysle, že sa chcem vyhnúť vstupu do tieňa Jupitera. Chcem, aby solárne panely vždy videli slnko. Bez toho môžeme ísť krátko, ale vo všeobecnosti sa vyhýbame tieňom alebo okultizáciám Jupitera.
EG: Je to jeden z dôvodov, prečo vás obežná dráha tak ďaleko od Jupitera? Aby ste sa vyhli Jupiterovmu tieňu?
SB: Áno to je pravda. Aj keď ste tomu zabránili, aj keby ste boli tak blízko, keby ste obiehali nabok. Nemusím ísť za Jupiterom, aj keď bola obežná dráha malá. Ale musíte to všetko vypočítať a uistiť sa.
EG: Budú všetky Junoove nástroje aktívne na všetkých svojich obežných dráhach? Alebo sú niektoré z dráh venované určitým senzorom a nástrojom?
SB: Vo všeobecnosti sú všetky nástroje aktívne. Máme ale obežné dráhy, ktoré sú zamerané na určité veci založené na požiadavkách na smerovanie. Napríklad meranie gravitácie. Ak chceme zmerať gravitačné pole, musíme sa uistiť, že anténa je nasmerovaná čo najviac na Zem. Takto meriate gravitačné pole, pozeráte sa na signál, ktorý Juno posiela späť na Zem, a meriate Dopplerov posun rádiového signálu a to vám povie, ako gravitačné pole tlačilo a ťahalo Juno.
Keď nemeriame gravitačné pole, máme iné nástroje, ktoré by radšej smerovali priamo na Jupiter. Počas merania gravitačného poľa môžu údaje zobrať, ale je lepšie, ak smerujú priamo na Jupiter. Môžeme tolerovať, že pretože slnečné polia sú stále nasmerované na slnko a stále môžeme zostať v komunikácii s kozmickou loďou, jednoducho nemôžeme získať úplné meranie gravitačného poľa.
„… Na samom konci misie sa neočakáva, že solárne články budú fungovať tak dobre ako na začiatku.“
Máme teda niekoľko dráh, ktoré sú venované tejto geometrii. Keď sme sa tomu venovali, bolo to tak, že ak sme ho nepoužívali, môžeme gravitačný systém jednoducho vypnúť. Myslím si však, že naše odhady sú teraz také, že naša sila je dostatočná na to, aby sme ich mohli udržať súčasne. Či už to robíme alebo nie, nie je to potrebné, ale na samom konci misie sa neočakáva, že budú fungovať tak dobre ako na začiatku.
EG: Je to kvôli žiareniu? Z toho istého dôvodu, že elektronika je citlivá, sa solárne články časom degradujú?
SB: To je správne. Máme ich teda chránené, ale nevieme, ako dobre to bude fungovať presne. Nemáme to v našich plánoch, ale môžeme to prispôsobiť myšlienke, že ak na konci misie nebudeme mať dostatok energie na to, aby sme všetko spustili, môžeme začať niektoré nástroje, ktoré majú urobili väčšinu vedy, ktorú sme chceli. Môžeme sa nejako striedať, pre ktoré nástroje sú a ktoré nie.
EG: Poskytuje vám to určitú flexibilitu pri misii, ak je žiarenie prísnejšie, ako naznačuje modelovanie? Budete mať určitú flexibilitu pri stanovovaní priorít takmer na konci?
SB: To je správne. Naše modely teraz naznačujú, že to nemusíme robiť, ale ak to potrebujeme, dokážeme otočiť týmto číselníkom.
EG: Zaujímalo by ma podrobné modelovanie, ktoré ste urobili pre žiarenie Jupitera a misiu Juno, a pozerám sa na informácie dostupné na webových stránkach NASA a iných zdrojoch. Navrhuje sa, že sa neočakáva, že všetky Junoove nástroje prežijú 33 dráh, je to tak? Existuje nejaký najlepší prípad prežitia nástroja? Čítal som, že JIRAM (jupiterský infračervený Auroral Mapper) a možno Junocam môže trvať iba do ôsmej obežnej dráhy a mikrovlnný rádiometer môže trvať iba do obežnej dráhy 11. Je to taký najlepší scenár? Alebo skôr uprostred cestného modelu, ktorý sledujete tieto čísla obežných dráh?
SB: Dúfame, že to je najhorší scenár. Sú navrhnuté tak, aby to prežili s ožiarením s faktorom 2. Je pravdepodobne o niečo väčší ako dva. Mali by to byť schopní urobiť bez problémov. Bolo by prekvapením, keby netrvali tak dlho. Očakávame, že sa pravdepodobne dostanú na koniec misie. Ale na to sa nespolieham a ani to nevyžadujem. Vyplývalo to zo skutočnosti, že niektoré z týchto nástrojov nemajú elektroniku vo vnútri trezoru <titanium>.
EG: Je to preto, že na splnenie svojho poslania nevyžadujú všetkých 33 dráh? Sú nástroje prioritne umiestnené v trezore titánu na základe toho, koľko dráh potrebujú na splnenie svojej úlohy?
"V trezore so všetkou elektronikou môže byť celkom teplé miesto a niektoré nástroje sú trochu lepšie, keď je zima."
SB: To je správne. Tak sme sa rozhodli. Očividne potrebovali určitú ochranu pred Jupiterovým žiarením, takže okolo nich sú malé skrinky, ale nepáči sa im obrovský trezor. Existuje aj niekoľko ďalších dôvodov, prečo nie sú v trezore. Ich presunutím existuje niekoľko výhod. V trezore so všetkou elektronikou môže byť celkom teplé miesto a niektoré nástroje sú trochu lepšie, keď je zima. Existujú teda rôzne obchody. Dobre ste to však charakterizovali v tom zmysle, že nie sme povinní plniť vedecké ciele, aby boli posledné po celú dobu ich misie. Očakávam však, že budú mať výhody, ak vydržia dlhšie, takže pri ich navrhovaní máme nádej, že vydržia dlhšie.
EG: Scott, aký máš formálny titul v NASA?
SB: Oficiálne sa to nazýva Hlavný vyšetrovateľ. Takže som hlavným vyšetrovateľom misie Juno. Je to oficiálny názov, ktorý pre ľudí NASA znamená len niečo.
EG: Takže ste sa podieľali na návrhu misie hneď od začiatku Juno?
SB: Ó áno. Stvoril som celú vec alebo celý proces. Čo zodpovedá hlavnému riešiteľovi pre priemerného človeka, som zodpovedný za spoločnosť Juno. Za všetko a všetko súvisiace s Junom som zodpovedný za jeho úspech. Či už to bude dizajn, strojárstvo, veda, stavba na čas, míňanie príliš veľa peňazí, rozvrh, všetko také. Ďalším spôsobom, ako to povedať, je, že ak sa niečo pokazí, som tým, kto sa obviňuje [smiech].
EG: Myslím si, že veľa z toho pôjde správne [smiech]. Tak ako ja, aj vy musíte dychtivo očakávať Junov príchod do Jupitera. Aká je najzaujímavejšia a najzaujímavejšia časť Junovej misie, ak ste si museli vybrať jednu vec? Som si istý, že je takmer nemožné odpovedať. A čo by vás mohlo prekvapiť? Keď sa pozrieme na príchod New Horizon na Pluto a na prekvapivé veci, ktoré sme tam našli, alebo na Cassiniho, ktorý našiel ľadové gejzíry, na nás vždy vyzerá prekvapenie. Čo si myslíte, že je na Juno najviac vzrušujúce, alebo čo by podľa vás mohlo byť prekvapujúce zistenie?
"... vzrušujúcou časťou Juno je, že ideme niekam, kam nikto nikdy predtým nezišiel."
SB: Podľa definície prekvapenia to nemôžem uhádnuť. Žiadna z týchto vecí sa nedala očakávať, a preto boli prekvapením. Ale viete, vzrušujúcou časťou Juno je to, že ideme niekde, kam nikto nikdy predtým neodišiel. Urobíme merania, ktoré nikdy neboli vykonané. Máme nástroje, ktoré nikdy predtým neboli vytvorené, nehovoriac o ich uvedení do tejto jedinečnej orbitálnej geometrie, kde môžete robiť špeciálne merania. Preto si myslím, že očakávanie, že sa dozvieme niečo úplne nové, čo nás prekvapí, je vzrušujúca časť.
Čo sa naozaj naučíme, že to zmení naše predstavy o tom, kde sme prišli a ako sme sa sem dostali? Čo je Jupiter naozaj? Existuje toľko hádaniek o tom, a je to také dôležité. To, čo sme sa dnes dozvedeli o našej vlastnej slnečnej sústave, a veci, ktoré sme sa dozvedeli o ďalších solárnych systémoch, keď sme mohli začať vidieť exo-planéty, nás dodnes ešte viac stali pre nás dôležitými. Skutočne drží kľúč a myslím si, že vzrušujúce je, že konečne odomkneme jednu z dverí k týmto tajomstvám. Pomáhame urobiť cestu pre ďalšie misie, aby sme sa dozvedeli ešte viac.
Ďalšou vecou, ktorú považujem za vzrušujúcu, je, že som takzvaný hlavný riešiteľ, a ak sa pýtate NASA, čo to znamená a povedia vám, že som za všetko zodpovedný, skutočnou pravdou je, že nejde o jednu osobu. To sa stalo obrovským tímom. To pomohlo navrhnúť to, čo vytvorilo spôsob, ako to urobiť, pochopiť obmedzenia, pochopiť, ako to môže fungovať, ktoré vymysleli technológie, ktoré sme potrebovali, aby sa to stalo, a ktoré v podstate mali víziu na jeho vytvorenie a mali schopnosť implementovať a uviesť túto víziu do reality. Som nadšený, že som súčasťou tohto tímu ľudí, ktorí to dosahujú, a že tento tím je vlastne iba časťou našej spoločnosti a ľudstva, ktorá sa snaží dosiahnuť všetko. Veci ako je to, ako zapadáme do prírody a ako funguje vesmír. Som všeobecne nadšený, že som súčasťou niečoho, čo sa snaží robiť niečo také.
EG: Je to úžasné a úplne súhlasím s vašimi slovami a myslím si, že je vzrušujúce pre mňa a pre čitateľov časopisu Space Magazine. Je to obrovská misia a my sa nemôžeme dočkať, až začneme vracať nejaké výsledky. A nejaký obrázok. Je to vzrušujúce.
SB: Ja tiež. [Smiech]
EG: Ďakujeme, že ste si našli čas na rozhovor so mnou dnes, Scott. Dúfajme, že môžeme znova hovoriť. Viem, že ľudia majú veľký záujem o misiu Juno.
SB: Nie je začo. Pekný deň.
