Mi most mégis a tizenegyedik kísérletről ejtünk több szót, amely ugyanúgy az Európai Űrügynökség (ESA) jövő tavasszal indítandó szondája tudományos programjának része.
A mindentudó JUICE
Az űrprogramoknál többé-kevésbé megszokott – és a véghajrát megzavaró koronavírus-járvány közepette különösen indokolt – késés után, a jelenlegi tervek szerint 2023 áprilisában bocsátják majd fel az ESA JUICE űrszondáját. A szellemes – bár kissé erőltetettnek tűnő – betűszó a JUpiter ICy moons Explorer elnevezést takarja. A starthelyszín a Francia Guyanában fekvő Kourou, a hordozórakéta pedig egy Ariane–5 lesz. Érdekesség, hogy a megbízható európai nehézrakéta-típusnak ez lesz az utolsó repülése, hogy utána végleg átadja a terepet az új fejlesztésű Ariane–6-nak. Szükség is lesz a nagy kapacitású rakétára, hiszen a JUICE induló tömege 4,8 tonna, és mindezt a Jupiterig el kell repíteni, méghozzá úgy, hogy az űreszköz felvegye az óriásbolygó Nap körüli keringésének sebességét és pályára tudjon állni körülötte.
Az űrszonda tömegének mintegy 60%-a a hajtóanyag, „csupán” 1,9 tonna marad a fedélzeti berendezésekre és tudományos műszerekre. De még így sem elegendő a nagy hordozórakéta a Jupiter becserkészéséhez. Ki kell használni az égi mechanika adta lehetőségeket: bonyolult, gondosan megtervezett útvonalon repülve a Naprendszer más égitestjeinél kell majd lendületet venni. Ezek a gravitációs hintamanőverek a közeli elrepülések alkalmával úgy alakítják az űrszonda sebességének nagyságát és irányát, hogy az végül a start után több mint 8 évvel, 2031 júliusában le tudjon fékezni a Jupiter mellett. Az út főbb állomásai közül az első egy izgalmas visszatérés lesz a Földhöz, 2024 augusztusában. Az űrkutatás történetében először itt egy kettős lendítő manővert terveznek, először a Hold, majd a Föld szoros megközelítésével. Utána a Vénusz (2025. augusztus), majd ismét a Föld (2026. szeptember és 2029. január) következik.
A JUICE lesz az első ember alkotta űreszköz, amely pályára áll a Naprendszer egy másik bolygójának – vagyis nem a Földünknek – egy holdja körül. Ez a hold a Ganymedes lesz, a tervezett dátum pedig 2034 decembere. Miután kifogy az üzemanyagból, az űrszonda pályafutását a Ganymedes felszínébe csapódva végzi, várhatóan 2035 vége felé. Vagyis összesen mintegy 4 éven át vizsgálja majd közelről a Jupitert, annak környezetét és elsősorban a jeges kérgű Galilei-féle holdjait, az Europát, a Ganymedest és a Callistót.
Az ESA szerint ez lesz a legösszetettebb tudományos küldetés, amely valaha a külső Naprendszerbe indult. A JUICE mérései nyomán sokkal többet tudhatunk meg a jeges holdak különleges, fagyott világáról, ahol az eddigi mérések alapján a jeges kéreg alatt folyékony vizet tartalmazó óceánokat sejtünk. Közelebb kerülhetünk a nagy kérdés megválaszolásához, hogy ezek az égitestek alkalmas feltételeket biztosíthatnak-e bizonyos életformák kialakulásához és fennmaradásához.
A JUICE küldetés az ESA Cosmic Vision 2015–2025 programjának első nagy (L kategóriájú) űrszondája. Széles nemzetközi együttműködésben, főleg európai űrügynökségek, űripari vállalkozások és kutatóintézetek összefogásával készült, de amerikai és japán hozzájárulás is van benne. Ha rápillantunk a naptárra, és figyelembe vesszük, hogy a JUICE kiválasztása 2012-ben, fedélzeti tudományos műszerek kijelölése 2013-ban történt meg, s hogy a szakmai közösség már előtte hosszú éveken át szövögette a terveket, akkor rácsodálkozhatunk, milyen hosszú ideig tart egy ilyen program. Ez nem egyedi eset, a nagy bolygóközi küldetések sajátossága, hogy azok a kutatók és mérnökök, akik elindították a folyamatot, jó esetben is már rég nyugdíjas éveiket töltik majd, mire megérkeznek a várva várt – és minden bizonnyal különleges új tudományos információval szolgáló – mérési eredmények.
Magyar részvétellel
Hazánk az ESA tejes jogú tagja, s a magyarországi űrkutatók és űripari szereplők hosszú időre visszanyúló hagyományokkal rendelkeznek a nagy bolygókutató küldetésekben való részvétel területén. Így természetes, hogy a JUICE-nál is számítottak a szakértelmükre. Írásunk terjedelme nem elegendő arra, hogy minderről részletesen szóljunk – a téma iránt mélyebben érdeklődőknek olvasásra ajánljuk a lap aljáról elérhető néhány korábbi cikket. Távirati stílusban azért megemlítjük, hogy a miskolci Admatis Kft. az űreszköz termikus tesztelésével és alkatrészek gyártásával járult hozzá a küldetéshez. Ami pedig a tudományos programot illeti, az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpontja és az SGF Kft. két fedélzeti műszeregyüttes elkészítésében játszott szerepet. Az egyik maga is egy hat különböző érzékelőt tartalmazó műszercsomag, a PEP (Particle Environment Package). Feladata a Jupiter plazmakörnyezetének, mágneses terének, a napszél és a kozmikus sugárzás részecskéinek a vizsgálata lesz. A magyar szakemberek két tápegységet építettek a PEP-hez, a földi tesztelésekhez pedig az ellenőrző berendezéseket fejlesztettek. A másik magyar érdekeltségű műszer a J-MAG (JUICE-Magnetometer) nevű érzékeny magnetométer, amely a Jupiter és holdjai – mindenekelőtt a Ganymedes – mágneses terét kutatja majd. A fedélzeti szoftver minősítésére szolgáló adatbázis és a földi tesztberendezés dicséri a hazai szakemberek leleményességét.
A JUICE sokoldalú tudományos programjában szerepel a Jupiter turbulens légkörének vizsgálata, a magnetoszféra kutatása, valamint a szinte bolygóméretű nagy holdak, a Ganymedes, az Europa és a Callisto részletes feltérképezése (az Io ugyanakkor nem szerepel a fő kutatási célpontok között). Az űrszonda tíz fedélzeti műszere között a plazmakörnyezetet és a mágneses teret vizsgáló berendezéseken túl szerepel még többek között kamerarendszer, képalkotó spektrométer a látható, infravörös és ibolyántúli tartományokban, valamint lézeres magasságmérő. Ezek mindegyike megérdemelne egy-egy részletes bemutatást, mi most mégis inkább egy olyan kísérletről – a tizenegyedikről – szólunk, amelyhez nem is tartozik külön fedélzeti műszer.
Amire büszkék vagyunk: PRIDE
A kivételezés egyedüli oka, hogy a PRIDE (Planetary Radio Interferometry and Doppler Experiment) nevű, holland vezetésű, nemzetközi részvétellel folyó többcélú kísérletben az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetében működő kis csoport is dolgozik. De mi ez a „kakukktojás” kísérlet, amelyhez még műszer sem kell? Nos, berendezés éppenséggel szükséges hozzá az űrszonda fedélzetén, nem is akármilyen, csakhogy az amúgy is ott van: a rádiós kapcsolattartást biztosítja a földi irányítókkal. Ez a nagynyereségű antenna és a hozzá tartozó adóberendezés, amelyek révén a földi követőállomások megkapják a JUICE mérési adatait, még a Jupiter hatalmas távolságából is.
A PRIDE „műszerezettsége” itt, a Földön viszont annál kiterjedtebb! A kísérlet ugyanis rádiócsillagászati teleszkópok globális hálózatait használja. A mérések célja az űrszonda égi helyzetének rendkívül pontos meghatározása a háttérben, jellemzően több milliárd fényévnyi távolságban levő aktív galaxismagok (kvazárok) pozíciójához viszonyítva. A rádiósugárzó kvazárok nagyon messze vannak, lényegében mozdulatlannak tekinthetők az égen, és igen kis térrészből hihetetlen teljesítménnyel sugároznak. Így egyrészt ideális módon feszítik ki az égi vonatkoztatási rendszert, másrészt kitűnő célpontok a nagyon hosszú bázisvonalú interferométeres (angolul very long baseline interferometry, VLBI) hálózatok számára. A VLBI módszerét az 1960-as évek vége óta használják a csillagászatban és a geodéziában. A kvazárok középpontjában egy szupernagy, akár több milliárd naptömegű fekete lyuk anyagot fog be a környezetéből. Ennek az anyagnak egy része a fényéhez közeli sebességre felgyorsított, elektromosan töltött részecskék formájában elhagyja a rendszert. A mágneses térben spirális pályán kifelé száguldó részecskék bocsátják ki azt a sugárzást, amely kozmológiai távolságokból is észlelhető rádióteleszkópjainkkal.
A JUICE navigációja szempontjából azonban mindez az asztrofizikai háttér-információ másodlagos fontosságú, hiszen csak az számít, hogy a mindenféle irányban látszó kvazárok képzeletbeli égi hálózata megfelelő viszonyítási alapul szolgál az egyébként szintén rádiósugárzó űrszonda helyzetének megállapításához. Ami a pontosságot illeti, ha ügyesen alkalmazzuk a technikát, a Jupiter távolságában lélegzetelállító, néhányszor 10 m-es hibával meg tudjuk majd állapítani, hogy épp merre jár az űrszondánk! A mérés lényege, hogy a JUICE aktuális égi pozíciójához közeli irányban egy vagy több alkalmas kvazárt és magát az űrszondát egyszerre figyeljük meg ugyanannak az interferométeres hálózatnak minden antennájával. Ilyenkor a méréseket zavaró, főleg a rádióhullámok légköri terjedésével és az antennákkal összefüggő hibahatások jól kiküszöbölhetők. Egyszerűen szólva, minél közelebbi irányban látható a háttérben egy távoli kvazár, annál pontosabban meg lehet határozni az űrszonda égi koordinátáit. Pontosan itt van a kutya elásva: a viszonyítási pontként szóba jöhető, jól ismert, fényes rádiókvazárok nem túl sűrűn, átlagosan egymástól egy-két fokos távolságban népesítik be az égboltot. Így szükség lehet a hálózat „sűrítésére”, vagyis előzetesen olyan – meglehet, halványabb, de a JUICE égi útjához sokkal közelebb eső – kvazárok keresésére, amelyeket utána referenciapontokként alkalmazhatunk. Ez a katalógusalkotás és a mérések stratégiájának kidolgozása az a feladat, amelyben a magyar csoport tagjai részt vesznek.
Talán említeni sem kell, hogy az űrszonda pontos helyzetének ismerete mennyire fontos a többi tudományos mérés értelmezéséhez. Amikor például a JUICE elrepül egy Jupiter-hold közvetlen közelében, az ilyen adatok segítségével tudják meghatározni, hogy annak gravitációs terében hogyan változott meg a pálya – ebből lehet következtetni az égitest tömegeloszlására –, vagy hogy pontosan honnan származik a magnetométertől beérkező adat.
A JUICE is egy lesz az égi rádióforrások közül, amely alkalmas VLBI megfigyelési célpontnak. Igaz, hogy rádiósugárzása (a kommunikáció vivőjele) nem természetes, hanem mesterséges eredetű, de ennek nincs sok jelentősége. Izgalmas belegondolni, hogy a főleg az extragalaktikus csillagászatban használt VLBI technikával, távoli galaxismagok megfigyelésével valójában közvetlen kozmikus környezetünk, a Naprendszer űreszközökkel való kutatását segítjük. Az eset jól példázza, hogy „minden mindennel összefügg”, és hogy nem érdemes mesterségesen szétválasztani a tudományos módszereket aszerint, hogy mi a közvetlen kutatások célpontja.
A PRIDE kísérletet előkészítő kutatómunkánk, amelyre az ESA PRODEX programjába történő hazai kormányzati befizetések teremtenek fedezetet és lehetőséget, már a JUICE felbocsátása előtt is folyik. Bár még távolinak tűnik az a 9 év, ami mostantól a Jupiter eléréséig hátra van, a hosszadalmas előkészületeknek már így is épp itt az ideje. Ráadásul az űrszonda a Naprendszerben való „barangolása” során 2031 előtt is többször kerül olyan helyzetbe – például a gravitációs hintamanőverek idején, vagy akkor, amikor a tervek szerint 2029-ben, a fő kisbolygóövet átszelve megközelíti a 223 Rosa nevű kisbolygót –, amikor nem árt majd tudni, hogy egészen pontosan merre is jár...
Kapcsolódó hírek:
JUICE: műszerek magyar részvétellel (Űrvilág, 2013. február)
https://www.urvilag.hu/hazai_kutatohelyek_es_uripar/20130223_juice_muszerek_magyar_reszvetellel
Miskolc az űrkutatás térképén (Űrvilág, 2020. augusztus)
https://www.urvilag.hu/hazai_kutatohelyek_es_uripar/20200824_miskolc_az_urkutatas_terkepen
Magyar tápegységek a Jupiterhez (Űrvilág, 2020. szeptember)
https://www.urvilag.hu/hazai_kutatohelyek_es_uripar/20200927_magyar_tapegysegek_a_jupiterhez
Jeges holdaknál magyar nagykabátban (A Magyarország és a világűr c. könyv háttéranyaga, MANT, 2021)
Kapcsolódó honlap:
JUICE (ESA)
Frey Sándor, Tudományos főmunkatárs
CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet