Intenzivno sevanje okoli Jupitra je oblikovalo vse vidike misije Juno, zlasti Junonovo orbito. Podatki kažejo, da je med sevalnimi pasovi, ki obkrožajo Jupiter, in vrhom oblaka Jupiter vrzel. Juno bo moral 'navojiti iglo' in potovati skozi to vrzel, da bi čim bolj izpostavil sevanju in izpolnil svoje znanstvene cilje. K zapletenosti misije Juno je treba dodati še dejstvo, da so se oblikovanje vesoljskega plovila, znanstveni cilji in orbitalne zahteve med seboj oblikovali.
Nisem bil prepričan, s kakšnim vprašanjem naj začnem ta intervju: Kako so okoli Jupitra, predvsem njegovo izjemno sevanje, oblikovali Junonovo orbito? Ali kako je orbita potrebna Juno za preživetje Jupitrove ekstremne sevalne oblike Junonovi znanstveni cilji? Ali na koncu, kako so znanstveni cilji oblikovali Junonovo orbito?
Scott Bolton, glavni raziskovalec Nasine misije Juno na Jupiterju. Kreditna slika: NASA
Kot vidite, se zdi misija Juno nekoliko gordijev vozel. Prepričana sem, da so morali vsa tri vprašanja večkrat vprašati in odgovoriti na druga vprašanja. Da bi lažje odplenil vozel, sem se pogovarjal s Scottom Boltonom, glavnim preiskovalcem Nasine misije Juno. Kot oseba, odgovorna za celotno misijo Juno, ima popolno razumevanje Junovih znanstvenih ciljev, Junonove zasnove in orbitalne poti, ki ji bo Juno sledil okoli Jupitra.
EG: Živjo Scott. Hvala, ker si si danes vzel čas za pogovor. Jupitrovo sevanje je velika nevarnost, s katero se mora spoprijeti Juno, Junonov titanov trezor pa je zasnovan za zaščito Junove elektronike. Toda Junonovo orbito deloma oblikuje sevanje okoli Jupitra. Kako je sevanje okoli Jupitra oblikovalo Junonovo orbito?
"... vedeli smo, da je regija okoli Jupitra res slaba, nevarna in ostra zaradi sevanja ..."
SB: No, omejili smo naše odločitve, recimo. Junovo orbito smo izbrali s kombinacijo priložnosti za znanstvene meritve, ki so za izvedbo potrebovale določeno geometrijo ali lokacijo vesoljskega plovila, in dejstvo, da smo se morali izogniti kar najbolje, da smo lahko najbolj nevarno območje, v bistvu, v solarni sistem. Zaradi tega smo morali biti zelo blizu Jupitra in polarno usmerjeni. Gremo čez polovice Jupitra. In vedeli smo, da je regija okoli Jupitra res slaba, nevarna in ostra zaradi sevanja, a tudi tam se nikoli nismo podali z vesoljskim plovilom. Torej nismo ravno prepričani, kako ostra je ali kako točno je oblikovana. Samo nekaj idej imamo.
Toda s pomočjo analogij z Zemljo in z modeliranjem smo lahko našli način, kako uresničiti želene znanstvene cilje in še vedno ostati izven najhujših regij. Juno pride čez drogove in se bo spustil zelo blizu Jupitra tako, da verjamemo, da bo med sevalnimi pasovi in Jupitrovo atmosfero.
Na Zemlji je majhno okno med našimi lastnimi sevalnimi pasovi - ki niso niti približno tako nevarni kot Jupiter, vendar so oblikovani na podoben način - in Zemljina atmosfera. Tu je praznina in imamo dokaze, da je pri Jupiterju tudi prišlo do vrzeli in to iglo vtaknemo.
EG: Od kod prihajajo dokazi za to vrzel, razen samo pogleda na Zemljeve pasove Van Allena? Ali so bili opaženi kakšni od Nasinih opazovalnic, ki bi pokazale, da bi bil približno Jupiter podoben?
SB: Uporabili smo radijske teleskope, kot je VLS (Very Large Array) in druge radijske teleskope po vsem svetu, ki lahko pogledajo Jupiter, in na določenih frekvencah vidijo tako imenovano sinhrotronsko sevanje. Sinhtronsko sevanje so zelo visokoenergijski elektroni, ki se gibljejo s svetlobno hitrostjo in oddajajo radijske emisije. Izročajo ga v zelo specifični geometriji, ki temelji na relativistični fiziki. To lahko vidimo in nam nekaj pove o tem, kako sevanje oblikuje in kako se porazdeljuje populacija visokoenergijskih elektronov. To se uporablja v modelih in lahko ugotovimo, da bi moral biti nekaj vrzeli, deloma tudi zato, ker ko pogledamo to sevanje, se zdi, da se ta izmika, ko se zelo približa Jupiterju. Vendar imamo omejeno ločljivost, tako da čeprav obstaja znak, da med Jupitrom in njegovimi sevalnimi pasovi obstaja vrzel, ni nobenega pozitivnega dokaza.
EG: Ali bo Juno sam pozitiven dokaz, da med Jupitrom in njegovimi sevalnimi pasovi obstaja vrzel?
SB: Da. In potem imamo še eno meritev, ki nam pomaga to razumeti. Vesoljsko plovilo Galileo, ki je sredi 90-ih krožilo na Jupitru, je vsebovalo sondo, ki je v ozračje Jupitra zaznala, iz česa je bila izdelana. Ta sonda je opravila nekaj meritev z nekaj zelo surovimi instrumenti, skoraj kot Geigerjevi števci, podatki iz teh meritev pa so kazali na vrh sevanja in nato vrzel blizu Jupitra. Tako smo dali nadaljnje dokaze, da obstaja vrzel. Čeprav gre za zelo omejen nabor podatkov, je skladen z modeli iz radijskih teleskopov.
EG: Gotovo ste imeli v misiji Juno določene znanstvene cilje, kako je to razumevanje Jupitrovega sevalnega pasu in orbite, ki se zahteva, da se jih izognete, oblikovalo znanstvene cilje misije Juno? Ali je prisilil, da so bili vsi cilji opuščeni?
"V bistvu so bili v orbiti v bistvu znanstveni cilji."
SB: Ne, sploh ne. Pravzaprav so bili v orbiti v bistvu znanstveni cilji. To je tisto, zaradi česar smo se želeli zares približati. Vprašanje je bilo, kako blizu lahko dosežemo, da je varno in kolikokrat lahko krožimo v orbito? Torej, rekel bi, da to, kar počne sevanje, ni spremenilo naše orbite tako, da bi omejilo število, koliko lahko krožimo. Tako smo imeli omejen življenjski čas in zaradi tega omejenega življenjskega časa smo šli v orbito, ki nam je omogočila kar najhitreje preslikati planet. Leteti želimo zelo blizu, na več različnih dolžinah, ki so enakomerno razporejene.
Znanstveni cilji in omejitve sevalnih pasov so nam govorili, da bo Juno zdržal le tako dolgo, zato morate zemljevid narediti v omejenem času. Torej je malo kompromisov. Mogoče je obstajal način, kako Juno dlje zaščititi z več titanom, večjo zaščito, da zdrži malo dlje, a na koncu postane tako hudo, da nisem prepričan, če bi jo zaščitili več, da bo trajala dlje.
"Če bi lahko na krovu postavil dovolj goriva, bi lahko orbito spremenil sredi misije ..."
EG: Misli, da se zmanjšujejo donosi?
SB: Prav. Torej so omejitve inženiringa in praktičnost tega, kar lahko izstrelimo v raketo, res tisto, kar nas je omejevalo. Če bi lahko na krovu postavil dovolj goriva, bi lahko sredi misije spremenil orbito, da bi lahko trajal dlje. Vendar bi to zahtevalo ogromno goriva. Ko ste blizu Jupitra, ni popolnoma simetričen, zato začne spreminjati obliko Junoove orbite.
EG: Torej morate za vzdrževanje orbite popraviti?
SB: Ja, ampak ne moremo. Nimamo dovolj goriva za kaj takega, zato morate živeti s tem, kar Jupiter počne v orbito. Tako začne orbita zasukati okoli, in vsakič, ko prideva Jupiter, začne orbito nekoliko bolj zasukati. To uporabljamo nekoliko znanstveno, toda realnost je samo nekaj, s čim moramo živeti. V prvi polovici misije, če so načini pravilni, se nam ne bo treba ukvarjati z največjo količino sevanja, toda proti drugi polovici misije se začne slabšati. Sevalnim pasom se ne moremo izogniti toliko, kot bi lahko na začetku. To v bistvu omejuje življenjsko dobo misije Juno.
EG: Torej Jupiter nenehno vpliva na Juinovo orbito in imate omejeno sposobnost, da se tega lotite?
SB: To je pravilno. Zato, ker Jupiter ni popolna sfera.
EG: In eden od ciljev je preslikati Jupitrovo gravitacijo?
SB: Da, da bi ugotovili, kako natančno je nepopolna krogla (smeh.) In nato se iz tega naučiti, kakšna je notranja struktura, in s tem, kako se je oblikovala.
EG: Zdi se, da je pravi čas, da se vprašamo, kakšna je oblika Junonove orbite? Kako blizu Jupitra se bo približal in kako daleč bo prišel med svojo orbito?
"... smo zunaj lune, blizu Callista ali podobno."
SB: To je elipsa, kot večina orbite, in njena najbližja točka približevanja je približno 5000 km (3100 milj) nad vrhovi oblaka ali tako, in se imenuje perijove. Na drugi strani smo zunaj lune, blizu Callista ali podobno.
EG: Precej na daljavo, torej.
SB: Da, to je precej oddaljenost Juno bo potreboval 14 dni ali približno, da izpolni orbito. In potem je druga orientacija ravno tik čez drogove. Tik nad severnim in južnim polom. Toda v to orbito ne stopimo takoj. Najprej moramo izstreliti naše rakete in spravimo se v veliko večjo orbito, ki traja približno 53 dni, razdalja, ki jo oddaljujemo od Jupitra, pa toliko več. V prvih nekaj mesecih imamo dovolj goriva, da spremenimo orbito, da dobimo tisto, kar si sčasoma želimo, in to traja nekaj mesecev.
EG:Torej je Juno tudi na sončno energijo, razen goriva za spreminjanje svoje orbite. Morate ostati izpostavljeni soncu, tako da je to moralo biti dodatno sredstvo pri načrtovanju vaše orbite?
"... na splošno se izogibamo Jupiterjevim sencam ali okultacijam."
SB: Ja, to je bila dodatna omejitev v smislu, da se hočem izogniti tempu Jupiterja v senco. Želim, da sončne plošče vedno vidijo sonce. Brez tega lahko prehodimo kratka obdobja, na splošno pa se izogibamo sencam ali okultacijam Jupiterja.
EG: Je to eden od razlogov, da vas orbita odpelje tako daleč od Jupitra? Da ne bi šli v Jupitrovo senco?
SB: Ja, tako je. Čeprav bi se mu lahko izognili, tudi če bi bili tako blizu, če bi krožili vstran. Ni mi treba iti za Jupitrom, čeprav je bila orbita majhna. Toda vse to morate izračunati in se prepričati.
EG: Ali bodo vsi instrumenti Juno aktivni po vseh orbitah? Ali so nekatere orbite namenjene določenim senzorjem in instrumentom?
SB: Na splošno so vsi instrumenti aktivni. Imamo pa orbite, ki so osredotočene na določene stvari glede na zahteve po kazanju. Na primer, gravitacijska meritev. Ko želimo izmeriti gravitacijsko polje, moramo poskrbeti, da bo antena čim bolj usmerjena na Zemljo. Tako merite gravitacijsko polje, gledate na signal, ki ga Juno pošlje nazaj na Zemljo, in merite Dopplerjev premik radijskega signala in vam pove, kako se je gravitacijsko polje potisnilo in povleklo na Juno.
Ko ne merimo gravitacijskega polja, imamo druge instrumente, ki bi najraje kazali direktno na Jupiter. Še vedno lahko odvzamejo podatke, ko merimo gravitacijsko polje, vendar je bolje, če usmerijo direktno na Jupiter. Toleriramo lahko, ker ker so sončni nizi še vedno usmerjeni proti soncu in še vedno lahko ostanemo v komunikaciji s vesoljskim plovilom, preprosto ne moremo izmeriti polnega gravitacijskega polja.
"... na koncu misije sončne celice ne pričakujemo, da bodo tako dobro nastopale kot na začetku."
Tako imamo nekaj orbitov, ki so namenjene tej geometriji. Seveda, ko smo temu posvečeni, je bilo to, da lahko samo zaustavimo gravitacijski sistem, če ga ne uporabljamo. Mislim pa, da so naše ocene zdaj, da naša moč zadostuje, da bomo lahko oboje obdržali hkrati. Ali bomo to storili ali ne, to ni potrebno, na koncu konca misije pa sončne celice ne pričakujemo, da bodo delovale tako dobro kot na začetku.
EG: To je zaradi sevanja? Zaradi istega razloga, ko je elektronika občutljiva, se bodo sončne celice sčasoma razgradile?
SB: Tako je. Torej jih imamo zaščitene, vendar ne vemo, kako dobro bo to delovalo. Tega nimamo v svojih načrtih, lahko pa ga prilagodimo ideji, da lahko na koncu misije, če nimamo dovolj moči za izvajanje vsega, začnemo izklopiti nekaj instrumentov, ki imajo naredili večino znanosti, ki smo jo želeli. Lahko se odločimo, kateri instrumenti so vključeni in kateri ne.
EG: Torej vam to daje nekaj prožnosti pri misiji, če je sevanje močnejše, kot predlaga modeliranje? Boste imeli nekaj prilagodljivosti, da določite prednost pred koncem?
SB: To je pravilno. Trenutno naši modeli kažejo, da tega ne bomo smeli storiti, vendar bomo lahko to številčnico obrnili, če bo treba.
EG: Zanima me podrobno modeliranje, ki ste ga naredili za Jupitrovo sevanje in misijo Juno, in gledam informacije, ki so na voljo na spletnih mestih in drugih virih Nasine. Predlagamo, da se ne pričakuje, da bodo vsi instrumenti Juno preživeli 33 orbito, kajne? Ali obstaja kakšen najboljši primer preživetja instrumentov? Prebral sem, da JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) in Junocam morda trajata le do 8. orbite, mikrovalovni radiometer pa lahko traja le do orbite 11. Ali je to najboljši scenarij? Ali bolj na sredini modela ceste, ki sledite tem številkam orbite?
SB: Upamo, da je to najslabši primer. Zasnovani so tako, da preživijo s faktorjem 2 v sevanju. Verjetno je malo večja od faktorja dva. Tako bi morali biti sposobni to storiti brez težav. Bilo bi presenečenje, če ne bi zdržali tako dolgo. Pričakujemo, da bodo verjetno prišli do konca misije. Toda na to ne računam in tega ne potrebujem. Izhaja iz dejstva, da nekaj teh instrumentov nima svoje elektronike znotraj trezorja <titanium>.
EG: Je to zato, ker ne potrebujejo vseh 33 orbitov, da izpolnijo svoje poslanstvo? Ali imajo instrumenti prednostno v notranjosti trezorja iz titana glede na to, koliko orbitov potrebujejo za dokončanje svoje misije?
"V trezorju z vso elektroniko je lahko precej toplo mesto in nekateri instrumenti se nekoliko bolje obnesejo, ko je hladno."
SB: Tako je. Tako smo se odločili za to. Očitno so potrebovali nekaj zaščite pred Jupitrovim sevanjem, tako da je okoli njih malo škatel, vendar ne kot velikanski trezor. Obstajajo tudi nekateri drugi razlogi, da niso v trezorju. Nekaj je koristi, če jih preselite. V trezorju z vso elektroniko je lahko precej toplo mesto in nekateri instrumenti se nekoliko bolje obnesejo, ko je hladno. Torej obstajajo različni posli, ki se nadaljujejo. Toda vi ste to dobro opredelili v smislu, da nas ne potrebujejo, da bi dosegli cilje znanosti, da bi jih lahko izvajali celotno poslanstvo. Pričakujem pa, da bodo koristi, če trajajo dlje, zato upamo, ko smo jih zasnovali, da bodo trajale dlje.
EG: Scott, kakšen je tvoj uradni naslov v Nasi?
SB: Uradno se imenuje glavni preiskovalec. Torej sem glavni preiskovalec misije Juno. To je uradni naslov, ki ljudem z Naso precej pomeni le nekaj.
EG: Torej ste že od začetka Juno razmišljali o načrtovanju misije?
SB: O ja. Nekako sem ustvaril celo stvar ali celoten postopek. Kaj je glavni preiskovalec povprečni osebi, sem odgovorna za družbo Juno. Za vse in vse, kar je povezano z Juno, sem odgovoren za njen uspeh. Pa naj gre za oblikovanje, inženiring, znanost, pravočasno gradnjo, porabo preveč denarja, urnik in vse te stvari. Drug način, da to povem, je, da če gre kaj narobe, sem jaz tisti, ki se mu očita [smeh.]
EG: No, mislim, da bo veliko tega šlo prav [smeh.] Torej, tako kot jaz, morate tudi vi nestrpno pričakovati Junonov prihod na Jupiter. Kaj je najbolj zanimiv in najbolj zanimiv del Junove misije, če bi morali izbrati eno stvar? Prepričan sem, da je skoraj nemogoče odgovoriti. In kaj bi vas lahko presenetilo? Ko pogledamo prihod New Horizon-a na Pluton in presenetljive stvari, ki smo jih tam našli, ali Cassini najde ledene gejzirje, se nam vedno zdi, da nas čaka presenečenje. Kaj je po vašem mnenju Juno najbolj navdušujoče ali kaj bi se vam zdelo presenetljivo?
"... vznemirljiv del Juno je, da gremo nekam, ki ga še nihče ni odšel."
SB: No, po definiciji presenečenja ne morem ugibati. Nobene od teh stvari ni bilo mogoče pričakovati, zato so bila presenečenja. Ampak veste, vznemirljiv del Juno je, da gremo nekam, ki ga še nihče ni odšel. Naredili bomo meritve, ki niso bile nikoli izvedene. Imamo instrumente, ki preprosto še nikoli niso bili ustvarjeni, kaj šele, da bi jih spravili v to edinstveno orbitalno geometrijo, kjer lahko opravite posebne meritve. Zato mislim, da je pričakovanje, da se bomo naučili nekaj povsem novega, kar nas bo presenetilo, vznemirljiv del.
Kaj se bomo v resnici naučili, da bomo spremenili svoje ideje o tem, od kod smo prišli in kako smo prišli? Kakšen je v resnici Jupiter? Obstaja toliko ugank o tem in je tako pomembno. Tudi danes so stvari, ki smo jih izvedeli o našem sončnem sistemu, in stvari, ki smo jih izvedeli o drugih sončnih sistemih, ko smo lahko začeli videti eksoplanete, samo še bolj pomembne za nas Jupiter. To je resnično ključno in mislim, da je vznemirljivo to, da bomo končno odklenili ena od vrat za te skrivnosti. Pomagamo narediti pot prihodnjim misijam, da se naučimo še več.
Druga stvar, ki se mi zdi vznemirljiva, je, čeprav sem imenovan glavni preiskovalec, in če vprašate NASA, kaj to pomeni, in vam rečejo, da sem odgovoren za vse, je resnica, da ni ena oseba. To je storila ogromna ekipa. To je pomagalo pri oblikovanju, ustvarilo je način, kako to storiti, razumeti omejitve, razumeti, kako lahko deluje, ugotoviti tehnologije, ki jih potrebujemo, da se zgodi, in v bistvu so imeli vizijo, da to ustvarimo, in sposobnost izvajanja in uresničevanje te vizije. Navdušen sem, da sem del te skupine ljudi, ki to uresničuje, in da je ta ekipa pravzaprav le del naše družbe in človeštva, ki vse poskuša ugotoviti stvari. Stvari, kot so, kako se privajamo v naravo in kako deluje vesolje. Preprosto sem navdušen, da sem del nečesa, kar poskuša narediti kaj takega.
EG: Super je in popolnoma se strinjam z vašimi besedami, in mislim, da je navdušujoče zase in za bralce vesoljskega časopisa. To je ogromna misija in komaj čakamo, da začnemo dosegati nekaj rezultatov. In nekaj slike. Je zelo navdušujoče.
SB: Jaz tudi. [smeh]
EG: Hvala, ker si danes vzel čas za pogovor z menoj Scott. Upajmo, da se bomo lahko še pogovorili. Vem, da ljudi močno zanima misija Juno.
SB: Ni za kaj. Imej lep dan.
