Jupiter na dosah – první úspěchy a neúspěchy sondy Juno

Už od loňska krouží kolem Jupitera. Po pětiletém maratonu Sluneční soustavou očekávali vědci i laická veřejnost nové a zajímavé detaily o stavu naší největší planety. Kolem Juno se ale po příletu k Jupiteru rozhostilo podezřelé ti

Sonda, která je na návštěvě u největší planety naší soustavy, nebude mít dlouhou životnost, to víme od samého začátku. Usmaží se v Jupiterově magnetosféře. Předtím ale  pošle na Zemi obrovské množství informací. Co je nového u Jupitera? Kde jsou snímky, kde výsledky experimentů? Co se děje se sondou, která měla touto dobou být v nejlepší formě?

Vražedná mise – vražedná magnetosféra Jupitera

Všechny ostatní sondy, které kolem Jupitera většinou jen prolétaly, se snažily silné magnetosféře planety vyhnout. Mise sondy Juno je jiná. Dobře odstíněnou Juno vědci poslali přímo do jámy lvové. Aby se dostala co nejblíže planetě, prolétá Juno van Allenovými pásy, oblastí, ve které se koncentrují nabité částice a ve které je záření tak vysoké, že sondu postupně vyřadí z provozu. Její dráha přitom dovolí pozorovat Jupiter z unikátní blízkosti.

Základní mise se skládá z 15 oběhů. Zatímco sonda kolem obří planety krouží po oválné dráze, Jupiter rotuje. Díky tomu se Juno při každém dalším přiblížení dostane nad novou, zatím neprozkoumanou oblast Jupiteru. Po patnácti obězích sondy by mělo být zmapováno patnáct částí povrchu, navzájem vzdálených 24 stupně. Juno prolétá mimo jiné nad pólem planety, může tedy na rozdíl od dřívějších sond pozorovat také Jupiterovu polární záři.

Nad rovníkovou oblastí (která je nejnebezpečnější) prolétá Juno dvakrát během každého oběhu – jednou ve vzdáleném bodě své dráhy a jednou během přiblížení k Jupiteru. Nebezpečný je ve skutečnosti jen blízký průlet. Při něm se ale sonda pohybuje také největší rychlostí (50 km/s), takže se doba, po kterou je bombardována nebezpečnými částicemi, zkracuje na minimum. Přesto je dávka ionizujícího záření na povrchu Juno odhadována na 50 000 Gy (Gy – Gray – je jednotka absorbované dávky ionizujícího záření, vyjadřuje počet joulů, absorbovaných kilogramem látky). 2,5 cm silná vrstva hliníku ji redukuje na 390 Gy. Důležité přístroje se nacházejí uvnitř sondy v „trezoru“, který je má před zářením ochránit.

Plánovaný konec mise – žádné odklady, žádné prodloužení

Před lety, když Jupiter navštívila sonda Galileo, se podařilo misi protáhnout o celých pět roků. To se tentokrát nestane. Na vině budou škody, způsobené zářením. Dokud se bude dát sonda jen trochu ovládat, chce ji NASA nasměrovat do hlubin obří planety. Podle plánů se to mělo stát už 16. 10. 2017.

Prodloužení plánované mise bylo vyloučeno hned několika argumenty.

Sonda, která bude v té době už silně poškozená zářením, by mohla náhle a nečekaně – a hlavně navždy - ztratit spojení se Zemí. Neovladatelná Juno by pak mohla jednoho dne kolidovat s některým z Jupiterových měsíců a kontaminovat ho. Na některém z nich se možná vyvíjí vlastní formy života a nikdo nechce riskovat, že se už nikdy nedozvíme, jestli se tamní život opravdu vyvinul v tamních podmínkách, nebo byl zanesen ze Země.

Krátce po naplánovaném konci mise se navíc Juno společně s Jupiterem ocitne v „mrtvém bodě“ své dráhy, z pohledu ze Země bude za Sluncem. Tím se přeruší komunikace s řídícím střediskem sondy na Zemi. Po obnovení možnosti kontaktu se Zemí by Juno mohla být zářením poškozená natolik, že by se už nikdy nemusela středisku ozvat.

Obhájci delší mise sondy zase argumentují tím, že v blízkosti Jupitera stejně žádné viry, bakterie nebo jiné živé organismy nepřežijí. Z pokusů víme, že bakterie přežijí dávku 5 Gy a viry 15 Gy. Dokonce i uvnitř sondy, v jejím chráněném „trezoru“ dosáhne záření 250 Gy.  Je nepravděpodobné, že v sondě zbude něco, co by mohlo Jupiterovy měsíce kontaminovat pozemským životem.

Reálný průběh mise nakonec donutil vědce hodit časové plány přes palubu. Díky tomu, že reálné oběhy sondy nakonec trvají daleko déle, než bylo naplánováno, posunul se i konec mise – a to o plné čtyři roky. Jak tomu došlo? Podívejme se na průběh mise Juno trochu detailněji.

Výsledky, na které se těšil celý svět

Juno k Jupiteru dorazila 4. 7. 2016. S napětím jsme sledovali poslední fázi letu a brzdící manévr, který sondu zpomalil natolik, aby se zachytila v gravitačním poli Jupitera. Byl nakonec o něco delší než se plánovalo. Původně neměla doba, po kterou jsou motory zapnuté, z bezpečnostních důvodů (námaha součástek) přesáhnout 30 minut. Brzdění v červenci trvalo 35 minut.

Po uvedení na (prozatímní a extrémně eliptickou) dráhu kolem Jupitera pořídila Juno první snímky planety a dokonce i jejích měsíců.

 27. 8. 2016 absolvovala Juno první přiblížení k Jupiteru. V říjnu 2016 měla provést další manévr, který měl zkrátit oběžnou dráhu na 14 dní. Čtrnáctidenní (původně dokonce jedenáctidenní) oběžná dráha měla pracovní název vědecká dráha.

Juno pořídila hned při prvním průletu skvělé fotografie pólů Jupitera.

Změna kursu a navedení na vědeckou oběžnou dráhu

Ti, kdo občas sledují práci vesmírných sond,  si jistě všimli zajímavého detailu. Juno nevysílá zdaleka tolik údajů a fotografií, kolik se jich dalo čekat. Co se stalo? Kde je očekávaný ohňostroj snímků a dat?

Korektura kursu se v říjnu nepovedla. Důvodem bylo selhání heliových ventilů. Helium je i u sondy Juno, stejně jako u podobných sond, používáno jako tlakovací plyn. Má za úkol natlačit palivo do spalovací komory a určuje tak jeho množství a zároveň také tah motorů.

Při testu 14. 10. ventily  – místo aby reagovaly v rozmezí několika vteřin - potřebovaly k reakci několik minut. Špatně ovladatelné ventily znamenají špatnou ovladatelnost sondy. Korigující manévr se stává nevypočitatelným.

Manévr byl nejprve odložen na prosinec 2016 a později na neurčito. Teoreticky je možné tento krok odložit navždy, na původní a extrémně dlouhé oběžné dráze by sonda zářením Jupitera moc netrpěla. Pokud by měla Juno na „dlouhé“ dráze zůstat (a zatím to tak vypadá), prodlouží se délka mise o čtyři roky.

Výpadek spojení mezi instrumentem JIRAM a počítačem

19. 10. byl navíc zaznamenán výpadek v přenosu dat přístroje JIRAM. Samotný JIRAM byl přitom v pořádku. Počítač se ale převedl do safe modu poté, co výpadek zaregistroval. Software dostal opravu, tu se ale nepovedlo včas nahrát do počítače sondy, JIRAM zůstal tedy po dobu průletu kolem Jupiteru vypnutý. S jeho uvedením do provozu se počítalo až při dalším průletu, 3. 2. 2017.

V říjnu byl pořízen první snímek, který dokumentuje strukturu Jupiterových mraků. Udělal ho mikrovlnový radiometr, přístroj, který se umí „podívat“ až několik kilometrů pod vrchní vrstvu oblaků.

12. 1. 2017, při dalším průletu perijovem (tedy místem, kde bude Jupiteru nejblíže), zaslala Juno další snímky. Nejznámější je „Jupiterova perla“, obrázek, který zachytil velký orkán světlé barvy.

Při tomto průletu byl pořízen také snímek, který zobrazuje strukturu mraků. Skládá se z obrázků s různými barevnými filtry, položených přes sebe, ke kterým byl navíc přidán snímek, zobrazující zastoupení metanu v atmosféře.

Další průlet se uskutečnil na začátku února 2017. Pochází z něj další snímek jižní polární oblasti Jupiteru. Zobrazuje chaotickou oblast plnou vírů.

Další plány

Provedení korektury kursu a navedení Juna na krátkou, vědeckou oběžnou dráhu by v nynějších podmínkách (vadné ventily) bylo příliš nebezpečné. Je tu oprávněná obava, že budou motory pracovat příliš dlouho – a zavedou tak sondu na daleko kratší oběžnou dráhu, než bylo plánováno. To by znamenalo, že sonda nebude mít dostatek času na odeslání sesbíraných dat. K Zemi se totiž posílají se zpožděním v té části oběhu, ve které se sonda od Jupitera vzdaluje, zatímco jejich sběr je logicky omezen na dobu, kdy je Juno Jupiteru nejblíže.

Nic nebrání tomu, aby sonda zůstala na dnešní, dlouhé oběžné dráze. Nebezpečí z ozáření je na nynějším oběžné dráze dokonce menší, než s jakým počítala původní verze mise. Sonda se totiž při nynějším kurzu pohybuje v perijovu (blízkosti Jupiteru) rychleji a v nebezpečné oblasti se nachází kratší dobu.

Délka mise Juno se tím ale drasticky prodlouží. Aby nasbírala stejné množství vědeckých poznatků, bude muset pracovat čtyřnásobně dlouhou dobu, než jakou by potřebovala po zavedení na čtrnáctidenní oběžnou dráhu.

Všechno zlé je k něčemu dobré. Dlouhý orbit navede sondu také do vzdálené části magnetosféry, konkrétně do magnetopauzy. Juno ji může prozkoumat, což je malá náplast, která snad zmírní zklamání z nepovedeného manévru.

V minulých měsících se nepodařilo zjistit, proč heliové ventily reagují jen pomalu a se zpožděním. Oprava zatím není možná.

Znamená to, že NASA musí uvolnit další finanční prostředky, které zajistí delší misi. Prakticky bude muset vynaložit o 100 – 150 miliónů dolarů více, než se předpokládalo. Zatím se podařilo najít prostředky, které zajišťují péči o sondu do července 2018.