Tugev kiirgus Jupiteri ümber on kujundanud Juno missiooni kõiki aspekte, eriti Juno orbiiti. Andmed näitavad, et Jupiteri ümbritsevate kiirgusrihmade ja Jupiteri pilvepealsete vahel on tühimik. Juno peab kiirgusega kokkupuute minimeerimiseks ja teaduse eesmärkide täitmiseks nõela keermestama ja selle lõhe läbima. Juno missiooni keerukusele lisab veel asjaolu, et kosmoselaeva kujundus, teaduslikud eesmärgid ja orbiidinõuded kujundasid kõik üksteist.
Ma polnud kindel, millise küsimusega seda intervjuud alustada: kuidas Jupiteri ümbritsevad olud, eriti selle äärmuslik kiirgus, kujundasid Juno orbiidi? Või kuidas kujundas Juno teaduse eesmärke Jupiteri äärmusliku kiirguse ületamiseks vajalik orbiit? Või lõpetuseks: kuidas teaduse eesmärgid kujundasid Juno orbiidi?
Scott Bolton, NASA Juno-missiooni Jupiterisse juhtiv uurija. Pildikrediit: NASA
Nagu näete, näib Juno missioon veidi Gordiani sõlme. Olen kindel, et kõiki kolme küsimust tuli mitu korda esitada ja neile tuli vastata, vastused kujundasid ka teisi küsimusi. Selle sõlme lahtiütlemiseks rääkisin ma Scottasa Boltoniga, kes on NASA Juno missiooni juhtivteadur. Kogu Juno missiooni eest vastutajana on Scott täielikult aru saanud Juno teaduse eesmärkidest, Juno kujundusest ja orbitaalrajast, mida Juno kulgeb Jupiteri ümbruses.
EG: Tere, Scott. Täname, et leidsite aega täna minuga rääkida. Jupiteri kiirgus on suur oht, millega Juno peab kokku puutuma, ja Juno titaanvõlv on mõeldud Juno elektroonika kaitsmiseks. Kuid Juno orbiidi kujundab osaliselt Jupiteri ümbritsev kiirgus. Kuidas on Jupiteri ümbritsev kiirgus kujundanud Juno orbiidi?
"... me teadsime, et Jupiteri ümbrus on tõesti halb, ohtlik ja kiirgusega karm ..."
SB: Noh, see piiras meie valikuid, ütleme nii. Juno orbiit valiti teaduslike mõõtmiste võimaluste kombinatsiooni kaudu, mille teostamiseks oli vaja teatud tüüpi geomeetriat või kosmoseaparaadi asukohta, ning tõsiasja, et pidime võimalikult hästi vältima kõige ohtlikumat piirkonda, põhimõtteliselt Päikesesüsteem. See eeldas, et oleksime Jupiterile väga lähedal ja orientatsioonilt polaarsed. Me läheme üle Jupiteri postide. Ja me teadsime, et Jupiteri ümbrus on tõesti halb, ohtlik ja kiirgusega karm, kuid me ei olnud kunagi sinna kosmoselaevaga sisse läinud. Nii et me pole päris kindlad, kui karm see on või täpselt kuidas see on kujundatud. Meil on lihtsalt mõned ideed.
Kuid Maaga tehtud analoogiate ja modelleerimise kaudu suutsime välja mõelda viisi soovitud teaduseesmärkide saavutamiseks ja endiselt halvimatest piirkondadest eemale hoida. Juno tuleb sisse pooluste kohal ja sukeldub Jupiteri lähedale viisil, mis meie arvates jääb kiirgusvööde ja Jupiteri atmosfääri vahele.
Maal on pisike aken meie endi kiirgusvööde vahel - mis pole peaaegu nii ohtlikud kui Jupiteri oma, kuid on kujundatud sarnaselt - ja Maa atmosfääri vahel. Seal on tühimik ja meil on tõendeid, et ka Jupiteris on tühimik, ja me lõime selle nõela kokku.
EG: Kust pärinevad tõendid selle lünga kohta, välja arvatud ainult Maa Van Alleni vööde uurimine? Kas NASA vaatluskeskustest oli mingeid tähelepanekuid, mis näitasid, et Jupiteri ümber oleks sarnane lõhe?
SB: Kasutasime raadioteleskoope nagu VLS (väga suur massiiv) ja teisi raadioteleskoope kogu maailmas, mis suudavad vaadata Jupiteri ja teatud sagedustel näevad nad nn sünkrotronkiirgust. Sünkrotroni kiirgus on väga kõrge energiaga elektronid, mis liiguvad valguse kiiruse lähedal ja eraldavad raadiokiirgust. Nad annavad selle välja väga spetsiifilises geomeetrias, mis põhineb relativistlikul füüsikal. Me näeme seda ja see räägib meile midagi selle kohta, kuidas kiirgus on kujundatud ja kuidas jaotatakse suure energiaga elektronide populatsioon. Seda kasutatakse mudelites ja me saame näidata, et seal peaks olema natuke tühimikku, osaliselt seetõttu, et seda kiirgust vaadates tundub, et see satub ära, kuna jõuab Jupiteri lähedale. Kuid meil on piiratud eraldusvõime, nii et kuigi on märke, et Jupiteri ja selle kiirgusvööde vahel on lõhe, pole positiivseid tõendeid.
EG: Nii saab Juno ise positiivseks tõestuseks, et Jupiteri ja tema kiirgusvööde vahel on lõhe?
SB: Jah. Ja siis on meil veel üks mõõtmine, mis aitab meil sellest aru saada. Kosmosesõiduk Galileo, mis tiirutas Jupiteri tagasi 90ndate keskel, sisaldas sondi, mis läks Jupiteri atmosfääri, et teada saada, millest see oli valmistatud. See sond tegi mõned mõõtmised väga toorete instrumentidega, peaaegu nagu Geigeri loendurid, ja nende mõõtmiste andmed näitasid kiirguse tippu ja seejärel lõhet Jupiteri lähedale. See andis meile täiendavaid tõendeid lünga olemasolu kohta. Kuigi see on väga piiratud andmekogum, on see kooskõlas raadioteleskoopide mudelitega.
EG: Teil pidid Juno missiooni pidamisel olema teatud teaduseesmärgid, nii et kuidas see Jupiteri kiirgusvööde ja nende vältimiseks vajaliku orbiidi mõistmine kujundas Juno missiooni teaduseesmärgid? Kas see sundis mõnda eesmärki täielikult loobuma?
"Tegelikult viisid orbiidi põhimõtteliselt teaduse eesmärgid."
SB: Ei, üldse mitte. Tegelikult viisid orbiidil põhimõtteliselt teaduse eesmärgid. Just see ajendas meid tahtma saada tõeliselt lähedale. Küsimus oli, kui lähedale me selle ohutu jõuame ja mitu korda saame orbiidile minna? Nii et ma ütleksin, et mida kiirgus teeb, kas see ei muutnud meie orbiiti nii palju, et piiraks orbiidil olevate kordade arvu. Nii et meil oli piiratud eluaeg ja selle piiratud eluaja tõttu läksime orbiidile, mis võimaldas meil planeedi võimalikult kiiresti kaardistada. Tahame lennata mööda seda väga lähedalt, paljudel erinevatel pikkuskraadidel, mis asuvad ühtlaselt.
Teaduslikud eesmärgid ja kiirgusvööde piirangud ütlesid meile, et Juno kestab ainult nii kaua, nii et peate kaardi piiratud aja jooksul korda saama. Nii et seal on natuke kompromissi. Võib-olla oli võimalus kaitsta Juno kauem titaani abil, rohkem varjestusega, et kesta natuke kauem, kuid lõpuks läheb see nii halvaks, et ma pole kindel, kas me kaitseksime seda rohkem, et see kauem vastu peaks.
"Kui oleksin suutnud pardale piisavalt kütust panna, oleksin võinud missiooni keskel orbiiti vahetada ..."
EG: Vähenev tootlus, ma arvan?
SB: Õige. Niisiis piirasid raketis insenertehniliste piirangute ja praktiliste võimaluste piiratus meid tegelikult. Kui oleksin saanud pardale piisavalt kütust, oleksin võinud missiooni keskel orbiiti muuta, et meil kauem kesta. See nõuaks aga tohutult kütust. Mis juhtub on see, et kui olete Jupiteri lähedal, pole see täiesti sümmeetriline, nii et see hakkab muutma Juno orbiidi kuju.
EG: Nii et peaksite siis orbiidi säilitamiseks parandusi tegema?
SB: Jah, aga me ei saa seda teha. Meil pole piisavalt kütust, et midagi sellist teha, nii et peate elama koos sellega, mida Jupiter orbiidile teeb. Nii hakkab see orbiiti väänama ja iga kord, kui me Jupiteri juurde jõuame, hakkab see orbiiti natuke veel keerutama. Me kasutame seda teaduslikult natuke, kuid reaalsus on lihtsalt see, millega peame elama. Missiooni esimesel poolel, kui režiimid on õiged, ei pea me tegelema maksimaalse kiirguskiirusega, kuid missiooni teise poole jaoks hakkab see halvenema. Kiirgusvöösid ei saa me nii palju vältida kui alguses. Põhimõtteliselt see piirab Juno missiooni eluaega.
EG: Nii et Jupiter mõjutab pidevalt Juno orbiiti ja teil on sellega piiratud toimetulemiseks piiratud võimalused?
SB: See on õige. Selle põhjuseks on asjaolu, et Jupiter pole täiuslik sfäär.
EG: Ja üks eesmärke on Jupiteri raskuse kaardistamine?
SB: Jah, et teada saada, kui täpselt sfääri ebatäiuslik see on [naer.] Ja siis õppida sellest, milline on selle sisestruktuur ja kuidas see siis kujunes.
EG: See näib olevat hea aeg küsida, mis kuju on Juno orbiidil? Kui lähedale Jupiterile see jõuab ja kui kaugele ta orbiidi ajal jõuab?
"... me oleme väljas väliskuude lähedal, umbes Callisto lähedal."
SB: See on ellips, nagu enamus orbiite, ja selle lähim lähenemispunkt asub umbes 5000 km (3100 miili) kõrgusel pilve tippudest ja seda nimetatakse perijoeks. Teisel pool oleme väljas väliskuude lähedal, umbes Callisto lähedal.
EG: Siis üsna kaugel.
SB: Jah, see on üsna kaugel. Orbiidi läbimiseks kulub Junol umbes 14 päeva. Ja siis on teine orientatsioon otse postide kohal. Otse üle põhja- ja lõunapooluse. Kuid me ei pääse sellele orbiidile kohe. Esmalt peame oma raketid tulistama ja me jõuame palju suuremale orbiidile, mille ümberminek võtab umbes 53 päeva ja vahemaa, mille Jupiterist eemale sõidame, on veelgi kaugem. Esimeste kuude jooksul on meil piisavalt kütust, et orbiiti muuta, et saada lõpuks seda, mida me lõpuks tahame, ja selleks on vaja teha paar kuud.
EG:Seega on Juno ka päikeseenergiaga, välja arvatud selle orbiidi muutmiseks mõeldud kütus. Peate püsima päikese käes, nii et see pidi olema orbiidi kujundamisel lisavõimalus?
"... üldiselt väldime Jupiteri varju ega juhuslikke asju."
SB: Jah, see oli täiendav piirang selles mõttes, et tahan vältida Jupiteri varju sattumist. Soovin, et päikesepaneelid näeksid päikest alati. Võime küll lühikese aja jooksul sellest ilma jääda, kuid üldiselt väldime Jupiteri varjude või juhuslike esinemiste vältimist.
EG: Kas see on üks põhjusi, miks orbiit viib teid Jupiterist nii kaugele? Et mitte minna Jupiteri varju?
SB: Jah see on õige. Ehkki saaksite seda vältida isegi siis, kui oleksite nii lähedal, kui orbiite orbiini. Ma ei pea Jupiteri taha minema, isegi kui orbiit oli väike. Kuid peate selle kõik välja arvutama ja veenduma.
EG: Kas kõik Juno instrumendid on aktiivsed kogu selle orbiidil? Või on mõned orbiidid pühendatud teatud anduritele ja instrumentidele?
SB: Üldiselt on kõik instrumendid aktiivsed. Kuid meil on orbiidid, mis on suunatud teatavatele asjadele, tuginedes osutamisnõuetele. Näiteks raskusjõu mõõtmine. Gravitatsioonivälja mõõtmiseks peame veenduma, et antenn on võimalikult palju suunatud Maa poole. Nii mõõdate gravitatsioonivälja, kas vaatate signaali, mille Juno Maale tagasi saadab, ja mõõdate raadiosignaali Doppleri nihet ning see ütleb teile, kuidas gravitatsiooniväli on Juno peale surunud ja edasi tõmmanud.
Kui me gravitatsioonivälja ei mõõda, on meil ka teisi instrumente, mis eelistaksid suunata otse Jupiterile. Nad võivad andmeid gravitatsioonivälja mõõtmise ajal siiski võtta, kuid parem, kui nad suunavad otse Jupiterile. Me võime seda taluda, kuna päikese massiivid on endiselt suunatud päikese poole ja me võime endiselt kosmoselaevaga ühenduses olla, siis me lihtsalt ei saa gravitatsioonivälja täielikku mõõtmist.
"… Missiooni lõpus ei oodata päikesepatareide jõudlust nii hästi kui alguses."
Nii et meil on mõned orbiidid, mis on pühendatud sellele geomeetriale. Muidugi, kui oleme sellele pühendunud, siis vanasti võisime gravitatsioonisüsteemi lihtsalt välja lülitada, kui me seda ei kasutanud. Kuid ma arvan, et meie hinnangul on nüüd piisavalt, et meie võim on piisav, et suudame neid mõlemaid samal ajal hoida. Vaatamata sellele, kas me seda teeme või mitte, pole seda vaja, kuid missiooni lõpus ei oodata päikesepatareide jõudlust nii hästi, kui nad seda alguses teevad.
EG: Kas see on tingitud kiirgusest? Samal põhjusel, et elektroonika on tundlik, lagunevad päikesepatareid aja jooksul?
SB: See on õige. Nii et me oleme neid kaitsnud, kuid me ei tea, kui hästi see täpselt töötab. Meil seda plaanides pole, kuid võime selle mahutada mõttega, et kui missiooni lõpus pole meil piisavalt jõudu kõige käitamiseks, võime hakata mõned instrumendid välja lülitama, millel on teinud suurema osa teadusest, mida me tahtsime, et nad teeksid. Me võime omamoodi pöörduda selle poole, milliseid instrumente kasutatakse ja milliseid mitte.
EG: Mis annab teile mõningase missiooni paindlikkuse, kui kiirgus on tõsisem, kui modelleerimine soovitab? Kas teil on teatav paindlikkus, et tähtsustada lõppu?
SB: See on õige. Praegu viitavad meie mudelid, et me ei pea seda tegema, kuid vajadusel saame selle valikuketta keerata.
EG: Mõtlen üksikasjaliku modelleerimise üle, mille olete teinud Jupiteri kiirguse ja Juno missiooni jaoks, ning vaadates teavet, mis on saadaval NASA veebisaitidel ja muudes allikates. On soovitatav, et kõik Juno instrumendid ei peaks 33 orbiiti püsima, kas see on nii? Kas on olemas instrumentide ellujäämise parim stsenaarium? Olen lugenud, et JIRAM (Jupiteri infrapunakiirguse kaardistaja) ja võib-olla Junocam kestavad ainult kuni 8. orbiidini ja mikrolainekiirgusmõõtur võib kesta ainult kuni orbiidini 11. Kas see on just siis parim stsenaarium? Või rohkem keset maanteemudelit, mida jälgite neid orbiidi numbreid?
SB: Loodame, et see on halvim stsenaarium. Need on loodud selleks, et kiirguse korral 2 korda ületada. See on tõenäoliselt natuke suurem kui kahekordne tegur. Seega peaksid nad saama seda probleemideta teha. Oleks üllatus, kui nad nii kaua ei kestaks. Meie eeldus on, et nad lähevad tõenäoliselt missiooni lõppu. Kuid ma ei arvesta sellega ja ma ei nõua seda. See tulenes asjaolust, et paaril neist instrumentidest pole elektroonikat <titaani> võlvides.
EG: Kas sellepärast, et nad ei vaja oma missiooni täitmiseks kõiki 33 orbiiti? Kas instrumendid on prioriteetsed titaanvõlli sisemuses selle järgi, kui palju orbiite nad oma missiooni täitmiseks vajavad?
"Kogu elektroonikaga võlvkelder võib olla üsna soe koht ja mõnel instrumendil on külma korral pisut parem."
SB: See on õige. Nii me selle valiku tegimegi. Nad vajasid ilmselgelt kaitset Jupiteri kiirguse eest, nii et nende ümber on vähe kaste, kuid mitte nagu hiiglaslik võlvkelder. Samuti on veel mõned põhjused, miks nad ei asu võlvis. Nende välja kolimisel on mõned eelised. Kogu elektroonikaga võlvkelder võib olla üsna soe koht ja mõnel instrumendil on külma korral pisut parem. Nii et on läinud erinevaid kauplusi. Kuid te olete seda hästi iseloomustanud selles mõttes, et me ei pea teaduseesmärkide saavutamiseks täitma kogu missiooni. Kuid ma loodan, et kui need ka kauem kestavad, on eeliseid, nii et meil on nende loomisel lootust, et need kestaksid kauem.
EG: Scott, mis on su ametlik tiitel NASA-s?
SB: Ametlikult nimetatakse seda vanemuurijaks. Nii et ma olen Juno missiooni juhtiv uurija. See on ametlik pealkiri, mis tähendab NASA inimestele midagi väga palju.
EG: Nii et olete juba Juno algusest peale olnud missiooni kavandamisel?
SB: Oh jah. Ma lõin omamoodi kogu asja või kogu protsessi. Mida vastutav uurija keskmise inimese jaoks tähendab, olen Juno eest vastutav. Kõigi Junoga seotud asjade eest vastutan selle õnnestumise eest. Olgu see siis disain, inseneriteadus, teadus, ehitamine õigel ajal valmis, liiga palju raha kulutamine, ajakava ja kõik sellised asjad. Teine viis seda öelda on see, et kui midagi läheb valesti, süüdistatakse mind [naeru.]
EG: Noh, ma arvan, et suur osa läheb õigesti [naer.] Nii nagu mina, peate ka teie ise üsna innukalt ette nägema Juno saabumist Jupiterisse. Mis on Juno missiooni kõige huvitavam ja põnevam osa, kui peaksite valima ühe asja? Olen kindel, et sellele on peaaegu võimatu vastata. Ja mis võib teile üllatus olla? Kui vaatame New Horizonsi saabumist Pluutosse ja seal leiduvaid üllatavaid asju või Cassini jäägeisreid leides, näib meid alati ootav üllatus. Mis on teie arvates Juno puhul kõige põnevam või mis võib teie arvates olla üllatav leid?
"... Juno põnev külg on see, et me läheme kuhugi, kuhu keegi varem pole läinud."
SB: Noh, üllatuse määratluse järgi ei oska ma arvata. Ühtegi neist asjadest ei osanud ette näha, mistõttu olid need üllatused. Kuid teate, Juno põnev osa on see, et me läheme kuhugi, kuhu keegi varem pole läinud. Me teeme mõõtmisi, mida pole kunagi tehtud. Meil on instrumente, mida pole kunagi varem loodud, rääkimata nende viimisest sellesse ainulaadsesse orbitaalgeomeetriasse, kus saate spetsiaalseid mõõtmisi teha. Nii et minu arvates on põnev osa ootuses õppida midagi täiesti uut, mis meid üllataks.
Mida me tegelikult õpime, mis muudab meie ideid selle kohta, kuhu me tulime ja kuidas me siia sattusime? Milline Jupiter tegelikult on? Selle kohta on nii palju mõistatusi ja see on nii oluline. Isegi täna on asjad, mida oleme õppinud oma päikesesüsteemi kohta, ja asjad, mida oleme õppinud teiste päikesesüsteemide kohta, kui oleme suutnud hakata eksoplaneeteid nägema, muutnud Jupiteri meie jaoks veelgi tähtsamaks. Selles on tõesti võti ja ma arvan, et põnev on see, et me avame lõpuks ühe saladuse nende uste avamiseks. Aitame tulevaste missioonide jaoks teed veelgi rohkem õppida.
Teine asi, mis minu jaoks põnev on, on see, et ma olen see, mida nimetatakse uurijaks, ja kui te küsite NASA-lt, mida see tähendab, ja kui nad ütlevad teile, et ma vastutan kõige eest, on tõde see, et tegemist pole ühe inimesega. Selle pani toime tohutu meeskond. See aitas seda kujundada, lõi viisi selle teostamiseks, mõistis piiranguid, mõistis, kuidas see toimib, mõtles välja tehnoloogiad, mida meil vaja selle teostamiseks ja millel põhimõtteliselt oli visioon selle loomiseks ning millel oli võime seda rakendada ja viia see nägemus reaalsusesse. Olen põnevil, et olen osa sellest meeskonnast, kes seda saavutab, ja et see meeskond on tegelikult vaid osa meie ühiskonnast ja inimkonnast, kes kõik üritab asju välja mõelda. Sellised asjad nagu see, kuidas me loodusesse sobime ja kuidas universum töötab. Mul on lihtsalt hea meel olla osa millestki, mis üritab midagi sellist teha.
EG: See on fantastiline ja nõustun teie sõnadega täielikult ning arvan, et see on põnev nii mulle endale kui ka Space Magazine'i lugejatele. See on suur missioon ja me ei saa oodata, kuni hakkame tulemusi tagasi tooma. Ja mingi pilt. See on ülipõnev.
SB: Mina ka. [naer]
EG: Täname, et leidsite aega täna minuga rääkida, Scott. Loodetavasti saame uuesti rääkida. Ma tean, et inimesed tunnevad Juno missiooni vastu suurt huvi.
SB: Olete teretulnud. Head päeva.
