Межпланетная станция «Юнона» достигла орбиты ЮпитераТакой близкий космос
Никола Твилли (Nicola Twilley)
В НАСА существует традиция приурочивать проведение чрезвычайно важных маневров к патриотическим праздникам. Днем 4 июля 1997 года в рамках миссии Mars Pathfinder на поверхность Марса успешно опустился марсоходд «Соджорнер». В этот же день 11 лет назад аппарат Deep Impact успешно сбросил зонд на комету Темпеля 1 — по словам астронавта Айвана Уильямса (Iwan Williams), эту операцию можно было сравнить с приземлением комара на летящий Боинг-747. В понедельник, 4 июля, около 9 часов вечера по тихоокеанскому времени, спустя 35 минут выгорания двигателя, межпланетная станция «Юнона» успешно завершила свое пятилетнее путешествие и начала изучать Юпитер. Для инженеров из лаборатории реактивных двигателей в Пасадене, штат Калифорния, этот день запомнится не только как День независимости, но и как День выведения на орбиту. Когда группа инженеров подтвердила, что выгорание двигателя происходит в соответствии с планом, весь центр управления космическими полетами поднялся на ноги. Под бурные аплодисменты испытавший огромное облегчение Скотт Болтон (Scott Bolton), руководитель исследовательской миссии, сказал: «Мы только что выполнили самую трудную задачу в истории НАСА».
«У нас был всего один шанс», — говорил Болтон ранее. «Юнона» не просто двигалась быстрее, чем любой другой созданный человеком объект — более 165 тысяч миль в час: ее бортовая электроника работала в условиях того, что Хайди Бекер (Heidi Becker) из Лаборатории реактивных двигателей описала как «град радиационных пуль» — заряженных электронов, несущихся по линиям магнитного поля Юпитера практически со скоростью света. Это был самый рискованный момент миссии.
«На Юпитере все носит исключительный характер», — отметил Болтон. Его коллега Рик Найбэккер (Rick Nybakker), менеджер проекта «Юноны» с ним согласен. «Это самая коварная планета в Солнечной системе после Солнца», — добавил он. Когда в 1995 году предыдущая миссия НАТО на Юпитер «Галилей» достигла планеты, ее приборы были сильно — а в некоторых случаях безнадежно — повреждены радиацией. В совокупности с частичными повреждениями ключевой антенны это значило, что «Галилей» сможет выполнить только 70% научной составляющей его миссии, оставив множество вопросов о Юпитере без ответа.
По словам Болтона, в ответ на это НАСА решило «собрать бронированный танк». «Юнона» — это по-настоящему массивный космический аппарат размером примерно с баскетбольную площадку, который своей формой напоминает трилистник: шестиугольный центр масс находится в месте соединения трех массивов солнечных панелей (сравните его с космическим аппаратом НАТО «Новые горизонты», который добрался до Плутона летом прошлого года и который по размеру лишь немного больше концертного рояля). Система передачи команд и обработки данных «Юноны» находится в центральной титановой камере, которая без наполнения весит всего около 20 килограммов. Но когда в нее помещается вся электроника, она должна сокращать интенсивность радиационного облучения всего, что находится внутри нее, в 800 раз. По словам Бекер, если находиться за пределами этой камеры на протяжении всего полета «Юноны», можно получить дозу радиации, сравнимую с сотней миллионов рентгеновских снимков зубов — это в несколько сотен тысяч раз больше рекомендуемой дозы радиации, которую человек может получить за всю жизнь.
Несмотря на мощную защиту от радиационного излучения, инженеры миссии полагали, что в процессе вывода аппарата на орбиту Юпитера радиация может привести к тому, что компьютер системы наведения даст сбой и перезагрузится. Это могло обернуться остановкой двигателя и провалом всей операции. Поскольку радиосигналам требуется 48 минут, чтобы преодолеть расстояние в 540 миллионов миль между Землей и «Юноной», к тому времени, когда инженерам Лаборатории реактивных двигателей станет известно о сбое, шанс на вывод аппарата на орбиту Юпитера уже будет потерян. «Мы могли бы не достичь чрезвычайно важного этапа миссии», — добавил Найбэккер. В результате на случай подобного сбоя инженеры создали специальную автономную систему управления, которая должна была заставить двигатель заработать спустя всего несколько минут. Эта система пока не пригодилась, но в процессе подготовки к сближению с Юпитером, назначенному на 27 августа, команда запрограммировала ее на еще один автоматический перезапуск — на этот раз другого ключевого инструмента космического аппарата, а именно магнитометра. По словам Болтона, составление магнитной карты Юпитера является одной из самых сложных задач миссии. Эта система перезапуска нужна для того, чтобы, даже если НАСА на время потеряет данные со всех других инструментов «Юноны», через некоторое время магнитометр включится и выполнит свою функцию.
Болтон и его команда надеются, что в результате они получат первую точную трехмерную карту мощного магнитного поля Юпитера. Магнитосфера газового гиганта почти в 20 тысяч раз мощнее магнитосферы Земли, в результате чего там возникают потрясающие полярные сияния, которые по размеру больше чем вся наша планета. И магнитное поле Юпитера простирается настолько далеко в космос, что, если бы оно стало видимым, на нашем ночном небе Юпитер был бы в два раза больше полной Луны. В то время как «Галилей» передал на Землю удивительные снимки аммиачных штормов, миссия «Юноны» заключается в том, чтобы проникнуть под газовый покров и заглянуть внутрь Юпитера. По мнению ученых, мощное магнитное излучение планеты — это результат бурления глубокого океана водорода, который находится под таким сильным давлением, что превращается в мерцающую жидкость. («Подобно зеркалу он отражает свет, поэтому, если бы вы погрузились в него, вы ничего не увидели бы», — объяснил в 2011 году Дэвид Стивенсон (David Stevenson) из Калифорнийского технологического института.) Подробная карта магнитного поля предоставит ученым те зацепки, которые им необходимы для изучения глубины и течений в этом океане.
Пока никто точно не знает, что из себя представляет внутренняя структура Юпитера: неизвестно даже то, есть ли у него твердое ядро, как у других планет в Солнечной системе, или же оно газообразное, как у Солнца. Ученые придумали весьма хитроумный метод поиска ответа на этот вопрос. Он предполагает отслеживание изменений скорости передачи радиосигналов между «Юноной» и системой антенн НАСА на Земле — сети дальней космической связи. Впервые это агентство направит все девять антенн в пустыне Мохаве и Канберре, Австралия, в одну точку — на «Юнону». Едва заметные колебания скорости космического аппарата под воздействием гравитации Юпитера неизбежно отразятся на частоте его радиосигналов — также как в соответствии с эффектом Допплера гудок автомобиля сообщает вам, приближается к вам машина или удаляется от вас. Если у Юпитера твердое ядро, скорость «Юноны» вырастет немного раньше, чем она бы выросла в ином случае при движении аппарата от полюса к экватору, и в результате инженеры на Земле получат сигнал большей частоты.
Между тем, подлетев на 3 тысячи миль к верхней границе облаков Юпитера, «Юнона» сможет измерить микроволновое излучение, которое проникает сквозь плотную атмосферу планеты, и, таким образом, узнать, к примеру, сколько воды она содержит и насколько глубоким является знаменитое Большое красное пятно. Цель заключается в том, чтобы ответить на вопрос, как эта планета сформировалась и как могли сформироваться другие планеты. «Мы в первую очередь хотим понять процесс образования: как возникли планеты Солнечной системы?» — объяснил Болтон. Юпитер образовался первым. Он поглотил большую часть гелия и водорода, оставшихся после рождения Солнца, однако, основываясь на более ранних наблюдениях, мы знаем, что на Юпитере есть и другие элементы, такие как углерод и азот, которые являются основой жизни на Земле. «В промежуток времени между рождением Солнца и формированием Юпитера произошло нечто, что позволило ему обогатиться этими тяжелыми элементами, — сказал Болтон. — Но мы пока не знаем, что именно». В ближайшие годы, когда ученые начнут обрабатывать данные, полученные с «Юноны», они надеются разгадать эту загадку и, таким образом, понять те процессы, которые привели к формированию планет — и жизни.
Сейчас в НАСА понимают, что подобная возвышенная цель не сможет завладеть воображением общественности без визуального подкрепления. Решением агентства стал прибор, созданный на основе приборов, использовавшихся в прежних миссиях на Марс — камера JunoCam. Свободные от бремени научной ответственности, любители и энтузиасты смогут участвовать в онлайн-голосованиях, предлагая свои объяснения того, что снимает JunoCam. «Эта камера впервые даст нам возможность увидеть полюсы Юпитера и покажет нам самые невероятные снимки этой планеты, — сказал Болтон. — Я думаю, что мы откроем несколько новых лун. Но это по-настоящему общенародная камера». В сети уже существуют дискуссионные клубы, где обсуждаются снимки с Юпитера: 6-летний Би хочет увидеть больше снимков Красного пятна, а 11-летний Хогарт голосует за дополнительные кадры зеленоватых пятен у экватора Юпитера.
«Юнона» будет собирать данные в течение следующих шести месяцев. Эксперты НАСА ожидают, что, по мере того как этот космический аппарат будет делать виток вокруг планеты каждые 14 дней, радиация постепенно будет портить его инструменты: миссия должна быть завершена, прежде чем бортовой компьютер начнет давать серьезные сбои. На некоторых из лун Юпитера, возможно, есть условия для существования жизни, и НАСА не хочет загрязнять их «посылками» с Земли. Поэтому, когда в феврале 2018 года «Юнона» совершит свой 37 виток вокруг Юпитера, она запустит свои двигатели в последний раз и направится прямо в центр планеты, чтобы навсегда там исчезнуть. Она продолжит собирать и передавать данные, даже двигаясь к своей неминуемой гибели. «JunoCam сможет сделать потрясающий снимок внутри облаков», — сказал Болтон. Однако, добавил он, когда космический аппарат попадет в вихри бурной атмосферы Юпитера, его антенна будет колебаться слишком сильно, чтобы отправить эту фотографию на землю. Загадочному гиганту нашей Солнечной системы все же удастся сохранить часть своих секретов.
Источник:
