2024 március 28

RSS Facebook

2023. június 01. csütörtök, 10:33

A Jupiter jeges holdjainak kutatása magyar részvétellel Kiemelt

Értékelés:
(0 értékelés)

Magyar idő szerint 2023. április 14-én 14 óra 15 perckor egy Ariane–5 hordozórakétán a francia guyanai Kourouról elindult az Európai Űrügynökség JUICE űrszondája a Jupiter bolygó Euro­pa, Ganymedes és Callisto elnevezésű jeges holdjaihoz, hogy ezeket 2031-ben elérve különféle tudományos vizsgálatokat végezzen.







A JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) szondát az Európai Űrügynökség (ESA) megbízásából fővállalkozóként az európai Airbus Defence and Space vállalat építette meg a partnerei-vel, összesen huszonhárom ország részvételével. Az űrszonda fejlesztésében 83 különböző kutatóközpont, laboratórium, egyetem és űrvállalkozás vett részt mintegy kétezer szakember közreműködésével. Ezek között több magyar céget és intézetet is találunk. Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpontot, az SGF Kft.-t, az ELKH Csillagászati és Föld-tudományi Kutatóközpontot, valamint a miskolci Admatis Kft.-t. (Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont a projektet az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközponttól vette át.)

A Jupiter és jeges holdjai

Az olasz csillagász, Galileo Galilei 1610-ben irányította a figyelmet a Jupiterre, amikor először tanulmányozta a bolygót és fedezte fel a körülötte keringő holdjait a teleszkópján keresztül.

A Jupiter főképp hidrogénből áll, tömegének negyedét hélium teszi ki, feltételezett sziklás magját nehezebb elemek alkothatják. A tengelyforgási ideje 9 óra 55 perc, így a leggyorsabb a Naprendszerben, míg a Nap körüli forgási ideje 11,86 év. Gyors forgása miatt lapított gömb alakú, atmoszférája viharos sávokra oszlik. A bolygót halvány planetáris gyűrűrendszer és erős mágneses tér veszi körül, amelynek mérete a napszél hatására folyamatosan változik. Az 1610-ben felfedezett négyhez képest ma már 92 holdját ismerjük, amelyek közül ötvennek kisebb az átmérője 50 km-nél. Négy legnagyobb holdját, az Iót, a Ganymedest, az Europát és a Callistót már Galilei is felfedezte.

A korábbi Jupiter-küldetéseknek köszönhetően (Galileo szonda: 1995–2003, Juno szonda: 2016-tól kezdődően még jelenleg is tart) tudjuk, hogy a bolygó legnagyobb holdjai közül három – az Europa, a Ganymedes és a Callisto – a felszínük alatt elrejtve nagyobb mennyiségű vizet tartalmaznak, mint a Föld óceánjai. Ezek a bolygó méretű holdak ígéretes utalásokat jelentenek arra vonatkozólag, hogy az élethez megfelelő feltételek a mi „azúrkék üveggolyónkon” kívül is létezhetnek.

A Jupiter bolygó és a Galilei-féle holdak a maguk változatos formáival lényegében egy „miniatűr bolygórendszert” alkotnak. Az Io az aktív vulkanizmusáról, az Europa, a Ganymedes és a Callisto a jéggel borított felszínéről nevezetes. Az Europa és a Ganymedes esetében feltételezik, hogy jégpáncéljuk alatt folyékony vízből álló globális „óceán” található. E két égitest víz alatti, köves magja geológiai-lag aktív lehet. Így kutatásuk azért is rendkívül érdekes és fontos, mert végső soron választ kaphatunk arra a kérdésre, hogy alkalmasak lehetnek-e ezek a helyek valamilyen életforma számára.

A Ganymedes ugyanakkor a Naprendszer legnagyobb holdja – kicsit még a Merkúr bolygónál is nagyobb –, és az egyetlen, amelynek jelentős saját mágneses tere van.

A JUICE küldetése

A JUICE mintegy nyolc évig utazik majd a Naprendszerben, amíg végül a tervek szerint 2031 júliusában pályára nem áll a Jupiter körül. A JUICE fő célpontja azonban nem a Jupiter bolygó lesz, hanem annak legnagyobb jeges holdja, a Ganymedes, és a tervek szerint 2035 szeptemberében becsapódik majd ennek az égitestnek a felszínébe. A JUICE a menetrend szerint 2034-ben áll a Ganymedes körüli, fokozatosan csökkenő magasságú pályára. Ezt megelőzően két alkalommal repül el az Europa mellett – legnagyobb közelségekor 400 km-re –, tizenkétszer a Ganymedesnél és huszonegyszer a Callistónál, mintegy 200 km-re is megközelítve a legkülső, nagyon idős felszínű és inaktív Galilei--féle holdat. Az Europa környezetében igen erős a Jupiter mágneses tere, így a JUICE berendezéseit igyekeztek minél kevésbé kitenni a nagyenergiájú töltött részecskék hatásának.

A JUICE ötmilliárd kilométernyi utazása során csak igen lassan ér majd el a Jupiterhez, ezért a bolygó körüli pályára állásához nagyjából fel kell vennie annak Nap körüli keringési sebességét. A 6,2 tonnás szerkezet súlyának több mint felét így is a hajtóanyaga teszi ki. Az űrszonda naprendszerbeli utazása során gravitációs lendítő manővereket hajt végre a Föld és a Vénusz mellett is. Elsőként jövő augusztusban tér vissza a Föld közelébe, amikor az űrkutatás történetében először mind a Hold, mind a Föld mellett vesz lendületet további útjához. 2025-ben a Vénusz, utána 2026-ban és 2029-ben megint a Föld megközelítése szerepel a menetrendben.

A JUICE kutatásának célja a Ganymedes holdnál az élet kialakulásához szükséges kémiai elemek kimutatása, a felszínt átszelő repedések keletkezési mechanizmusának, illetve a felszínt borító szerves molekulák összetételének meghatározása. Továbbá kéreg alatti tartományra kiterjedő radaros mérések kilenc kilométeres mélységig, mellyel a közelmúltban leginkább aktív területek alatti jégpáncél vastagságát lehet majd meghatározni. A felszín részletes topográ-fiai, geológiai és összetétel szerinti feltérképezése. A jégkéreg fizikai folyamatainak tanulmányozása, valamint az exoszféra és folyamatainak elemzése. Ezenkívül a Ganymedes belső mágneses terének, illetve kölcsönhatásainak tanulmányozása a Jupiter magnetoszférájában.

A JUICE működéséhez szükséges elektromos energiát a szonda két oldalán elhelyezett hatalmas, 85 négyzetméteres napelemtáblák biztosítják majd, amelyek mérete egyenként 2,5×3,5 méter, és összesen tíz ilyen egység működik a küldetés során. A napelemek által termelt energia a JUICE repülése során elég lesz ahhoz, hogy összesen 35 alkalommal elrepüljön az Europa, a Ganymedes és a Callisto holdak mellett. A napelemek együttes teljesítménye 850 watt, ami elegendő a JUICE fedélzetén lévő tíz különböző kutató műszeregyüttes, illetve a telekommunikációs rendszer és a sugárzásmérő berendezés működtetéséhez. Ugyanakkor az űrszondát és a rajta lévő eszközöket és műszereket úgy kellett kialakítani, hogy azok elviseljék a Vénusz közelében a +110 Celsius-fokos, illetve a Jupiter mellett elhaladva a –230 Celsius--fokos hőmérsékletet. A legnagyobb maximális hőmérséklet, amelynek az űrszonda ki lesz téve, +250 Celsius-fok lesz.

A szerkezet energiaellátása kapcsán arra is oda kellett figyelniük a tervezőknek, hogy a Jupiter igen nagy távolságra van a Naptól, ezért a közelében már csak huszonötöd rész napenergia éri a szonda napelemeit a Földön mért napsugárzáshoz képest.

A szonda az ötmilliárd kilométeres repülés során négyszer halad el különféle égitestek mellett, és harminc megfigyelő átrepülést hajt végre, ami pontos navigálást igényel. A hagyományos tájékozódási módszer a rádiófrekvenciás navigációs rendszeren alapul. A szonda felvételeket készít a különböző látható égitestekről, így bolygókról, holdakról, fényesebb csillagokról, s ezeket elküldi az irányítóközpontba. A szakemberek ezekből a felvételekből határozzák meg az űrszonda helyzetét, pályájának helyességét, és korrigálják azt, ha szükséges. Ez a megoldás azonban egyáltalán nem kielégítő a JUICE küldetése esetében, mivel a Jupiter holdjai-nak keringési távolságát eddig nem tudták kellő pontossággal meghatározni. Ugyan-akkor a műholdról érkező rádiójel és a szondára a földi irányítóközpontból visszaküldött válaszjel 1 óra 40 perc alatt fordul meg, ami igen hosszú idő. E probléma kiküszöbölésére fejlesztették ki a szakemberek az Eagle autonóm navigációs rendszert. Ennek lényege az, hogy a JUICE NavCam által a navigációs korrekcióhoz készített képeket nem a földi irányítóközpontban értékelik ki, hanem egy algoritmus segítségével a szonda maga végzi el ezt a műveletet, és korrigálja a saját repülését úgy, hogy az maximálisan megfeleljen a műszeres kutatások feltételeinek.

Dr. Szalai Sándor professor emeritus, az ELKH fejlesztőcsoportjának vezetője a PEP tápegység földi ellenőrző berendezése mellett

Magyar műszerek a fedélzeten

Az európai Jupiter-szonda fedélzetén összesen tíz különféle tudományos műszer----együttest helyeztek el.

A fedélzeti műszerek közül a Jupiter és a holdak mágneses terének vizsgálatára készült magnetométernek (J-MAG) és a Jupiter plazmakörnyezetének, a töltött részecskék és nagyenergiájú semleges atomok sűrűségének és eloszlásának vizsgálatára megalkotott műszeregyüttes (Particle Environment Package, PEP) fejlesztésében és tesztelésében vettek részt az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont és az SGF Kft. munkatársai.

A miskolci Admatis Kft. pedig többrétegű fólia alapú hővédő borítást készített a PEP egyik egységéhez.

A program során továbbá lesz egy olyan kísérlet is, amely nem igényel speciális fedélzeti műszereket. Ez utóbbi a PRIDE (Pla-netary Radio Interferometry and Doppler Experiment), melynek során nagyon hosszú bázisvonalú rádió-interferometriás földi rádiótávcső-hálózatok segítségével pontos pozícióméréseket végezve követik majd az űrszonda mozgását a JUICE rádiókommunikációs vivőjelének felhasználásával, hogy pontosíthassák a Jupiter és a holdak gravitációs terének ismert értékét. A kísérletben magyar kutatók is közreműködnek az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontjából.


Sajtos Zoltán


Cikkünk a Külgazdasági és Külügyminisztérium támogatásával készült