Jedna z najbardziej ekscytujących misji tego roku, czyli JUICE – Jupiter Icy Moons Explorer – rozpocznie się dzisiaj o 14:15 startem ciężkiej rakiety nośnej Ariane 5. Choć JUICE wiąże się z ekscytacją wywołaną nowymi możliwościami i danymi, które mogą okazać się przełomowe, to trudno nie smucić się na myśl, że to już przedostatni lot pięknej Ariane 5.

Aktualizacja: z powodu złych warunków pogodowych i ryzyka uderzenia pioruna, start został przełożony na piątek 14 kwietnia 2023, na godzinę 14:14.

Przy okazji misji, wiele rzeczy zapisze się w historii jako „te pierwsze”. Nigdy wcześniej żadna sonda nie orbitowała wokół księżyca innego, niż nasz. Asysty grawitacyjne są czymś powszechnym dla statków kosmicznych, ale po raz pierwszy zostanie wykorzystana pomoc księżycowo-ziemska. Dzięki manewrowi LEGA (Lunar-Earth Gravity Assist) sonda skorzysta z asysty grawitacyjnej Ziemi już 1,5 dnia po tej ze strony Księżyca, co pozwoli zaoszczędzić znaczną ilość paliwa.

Podróż do Jowisza zajmie 8 lat, przylot JUICE został zaplanowany na 2031. Do tego czasu sonda skorzysta z wielu asyst grawitacyjnych, jednocześnie orbitując wokół Słońca. Tak będą wyglądały wspomniane przeloty obok planet:

• sierpień 2024 – Ziemia-Księżyc,
• sierpień 2025 – Wenus,
• wrzesień 2026, 2029 – Ziemia
• lipiec 2031 – listopad 2034 – Jowisz oraz 35 przelotów obok księżyców,
• grudzień 2034 – wrzesień 2035 – orbitowanie wokół Ganimedesa.

Zaplanowana podróż sondy jest dobrze zobrazowana na poniższym filmie:

JUICE spróbuje rozwiać kilka tajemnic, które spowijają Jowisza i jego księżyce tworzące własny mini system w Układzie Słonecznym.

1. Czym charakteryzują się oceaniczne światy Jowisza?

Istnieją mocne przypuszczenia, że na trzech spośród czterech największych księżyców Jowisza, znanych jako galileuszowych, znajdują się oceany płynnej wody ukryte pod lodowymi powłokami. Ganimedes, Europa i Kallisto, bo o nich właśnie mowa, staną się obiektami badań sondy JUICE. Jak gruby jest lód, po jakiej odległości zaczynają się zasoby płynnej wody, jak głęboko sięgają, czy to woda słona, czy słodka – to tylko niektóre pytania, na które odpowiedź ma dostarczyć JUICE.

2. Co sprawia, że Ganimedes jest tak unikalny?

Spośród trzech wymienionych księżyców, to właśnie Ganimedes najbardziej skupi uwagę sondy. To największy księżyc Układu Słonecznego, ale nie to przesądza o jego wyjątkowości. Żaden inny nie posiada bowiem własnego pola magnetycznego. Co więcej, tylko dwa inne ciała niebieskie w naszym układzie generują pole dipolowe, oba jednak są planetami, a mowa o Ziemi i Merkurym.

3. Czy w systemie Jowisza życie mogłoby istnieć teraz lub kiedykolwiek w przeszłości?

Sonda JUICE sama w sobie nie jest przystosowana do wykrycia ewentualnych śladów życia. Jednym z głównych celów misji jest jednak sprawdzenie, czy na galileuszowych księżycach mogłyby panować ku temu odpowiednie warunki. Odpowiedzi pomogą dostarczyć badania atmosfery tych obiektów, jak również ukrytych oceanów, sił pływowych, aktywności na powierzchni i procesów termicznych. Za pomocą odpowiednich przyrządów JUICE będzie polowała na pierwiastki takie jak tlen, węgiel, azot, magnez i żelazo.

4. Jak złożone środowisko Jowisza wpłynęło na ukształtowanie się jego księżyców, a także jak one same wpłynęły na cały system?

Zrozumienie kompleksowego środowiska magnetycznego planety to coś, czego podejmie się JUICE. Jak wiemy, pole magnetyczne gazowego olbrzyma jest około 20 razy silniejsze niż Ziemi. Panujące wokół Jowisza warunki są, z naszej perspektywy, bardzo nieprzyjazne, wciąż pozostaje więc zagadką, w jaki sposób uformowały się te na galileuszowych księżycach. Poszukiwane są także odpowiedzi na pytania, w jaki sposób księżyce oddziałują nie tylko między sobą, ale i z samą planetą.

5. W jaki sposób powstała oraz jaka jest typowa olbrzymia planeta gazowa?

Jowiszowy system przedstawiany jest jako archetyp gazowych gigantów nie tylko w Układzie Słonecznym, ale także tych orbitujących gwiazdy inne niż Słońce. Jednym z kolejnych głównych celów misji JUICE jest właśnie zgromadzenie wiedzy o tym, jak powstają i ewoluują olbrzymie planety gazowe i ich księżyce. Zrozumienie tego, jak powstał Jowisz, zbadanie jego historii i ewolucji, da nam całkiem niezły wgląd na to, jak działają układy: gazowy olbrzym – jego księżyce również poza Układem Słonecznym i jakie jest prawdopodobieństwo istnienia księżyców zdolnych podtrzymywać życie w naszym rozumieniu.

Charakterystyka sondy

JUICE złożona pod owiewką zajmuje niewiele miejsca, bo 4,09 x 2,86 x 4,35 m. Po rozłożeniu stanie się jednak obiektem sporych rozmiarów, łącznie z imponującymi panelami słonecznymi będzie to 16,8 x 27,1 x 13,7 m, gdzie 27,1 m to odległość od początku do końca paneli.

Panele słoneczne składają się z dziesięciu ogniw, każde o rozmiarach 2,5 x 3,5 m co daję łączną powierzchnię 85 m², co pozwala na generowanie 850 W. Ogromne panele słoneczne są rozwiązaniem problemu dostępu do światła słonecznego, które w pobliżu Jowisza jest 25 razy mniejsze niż na Ziemi.

Zebrane dane będą docierały do Ziemi po 1,5 h od ich wysłania. Umożliwiała to będzie antena kierunkowa o przekątnej 2,5 m. Ponieważ komunikacja z sondą odbywa się z takim opóźnieniem, jest ona przystosowana do działania w pełni autonomicznego. W razie niespodziewanych trudności JUICE będzie musiała odpowiednio zareagować i poradzić sobie sama.

Sonda posiada chemiczny system napędowy, w którym używane jest paliwo w postaci monometylohydrazyny oraz utleniacz złożony z mieszanki tlenków azotu. Silnik JUICE zdolny jest generować 425 N ciągu, co jest niezbędne przy manewrach w głębokim kosmosie, asystach grawitacyjnych, czy wchodzeniu na orbitę. Statek wyposażony jest także w pięć modułów z bateriami, które zapewnią nieprzerwane działanie nawet podczas braku dostępu do światła słonecznego. Przelatując za ciałami niebieskimi w systemie Jowisza takie zaćmienia mogą potrwać nawet do 5 h.

Urządzenia, jakie zabiera ze sobą JUICE, to efekt współpracy naukowców z 23 krajów, 18 instytucji i 83 firm. Swój wkład mają także agencje NASA, JAXA i ISA. Bardzo często przy okazji flagowych misji pojawia się pytanie, jaki w tym udział Polaków, albo czy taki w ogóle miał miejsce. Tym razem możemy z przyjemnością odpowiedzieć, że i Polska dołożyła cegiełkę do misji.

Jak informuje Polska Agencja Kosmiczna, trzy z dziesięciu instrumentów JUICE powstało przy pomocy polskich podmiotów, głównie Centrum Badań Kosmicznych PAN (część naukowa oraz projekty prototypów instrumentów, wykonanie modeli lotnych) oraz firmy Astronika Sp. z o.o (projektant modeli kwalifikacyjnych i lotnych). Podzespoły wchodzące w skład paneli słonecznych, które zasilają sondę, zostały wykonane przez Sener Polska Sp. z o.o.

Instrumenty

• JANUS: Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator, camera system – kamera
• MAJIS: Moons and Jupiter Imaging Spectrometer – spektrometr obrazujący
• UVS: UV Imaging Spectrograph – spektrograf obrazujący UV
• SWI: Sub-millimetre Wave Instrument – eksperyment fal submilimetrowych – powstaje z udziałem Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk
• GALA: Ganymede Laser Altimeter – wysokościomierz laserowy
• RIME: Radar for Icy Moons Exploration – radar do badań podpowierzchniowych
• J-MAG: Magnetometer for JUICE – magnetometr
• PEP: Particle Environment Package – zestaw detektorów cząstek elementarnych
• RPWI: Radio & Plasma Wave Investigation – eksperyment plazmy i fal radiowych – powstaje z udziałem Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk
• 3GM: Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons
• PRIDE: Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment – eksperyment wykorzystuje VLBI – Very Large Base Interferometry – do badań radiowych. Nie posiada własnego sprzętu na pokładzie sondy.

Choć na efekty misji przyjdzie nam poczekać kilka lat, to nie sposób nie ekscytować się tym wydarzeniem. Starty Ariane 5 to coś, na co zawsze warto popatrzeć, zwłaszcza, że mamy tu do czynienia z jednym z ostatnich. Badania dostarczone przez JUICE mogą okazać się przełomowe i dostarczyć ogromnej dawki wiedzy o gazowych olbrzymach. Trzymamy kciuki za udany start i powodzenie całego przedsięwzięcia!