Sve tajne velikog zemaljskog zaštitnika

Upravo je završila najkritičnija faza Nasine misije Juno, koja će barem udvostručiti sve što se zna o najvećem planetu Sunčeva sustava.

Sve o Jupiteru, u čiju je orbitu znanstvenicima uspjelo uvesti svemirski brod Juno, čija će nas nova otkrića uzbuđivati sljedećih 20 mjeseci. © Ljubaznošću: Miroslav Ambruš-Kiš
Članak
3Komentari
Broj otvaranja8311

Svemir je sve samo ne spokojno mjesto, kako se osjećamo pri pogledu na noćno zvjezdano nebo. Ta predodžba o mirnoći, preciznosti i savršenstvu nebeske mehanike gotovo je važila tisućama godina i za astrologe i astronome, sve dok se u astronomiju nisu umiješali dokazi koji spajaju fiziku subatomskih čestica sa znanošću o zvijezdama. Tek tada je čovječanstvo shvatilo da su procesi u svemiru prepuni izboja nezamislivih energija te da se zvijezde rađaju i umiru u šokantno nasilnim događajima prema kojima su zemaljske nuklearne eksplozije beznačajnije od pucnja dječjega pištolja na barutne kapisle.

Odjeci tih strašnih događaja kakvi bi mogli zbrisati sve postojeće na našem planetu "ne tiču nas se", jer je Zemlja višestruko zaštićena. Sunčev sustav od smrtonosnog međuzvjezdanog zračenja štiti ponajprije naša matična zvijezda, Sunce. Izboji čestica poznate kao Sunčev vjetar iz te "pećnice", oko čijeg središta orbitiraju planeti u našem svemirskom susjedstvu, dopiru puno dalje od orbite najdaljega planeta, patuljastoga Plutona. Jedini predmet koji je prošao granice tog zaštitnog mjehura prema otvorenom svemiru je američka sonda Voyager 1, koja je 25. kolovoza 2012. zabilježila nagli porast - čak 40 puta veći! - razine međugalaktičkog zračenja.

Od samog Sunčeva zračenja život na Zemlji pak štiti tanašni sloj atmosfere i samo magnetsko polje Zemlje koje odbija "višak" Sunčeva zračenja i drži ga podalje u pojasima pojačanoga zračenja na udaljenosti od ekvatora na otprilike trećini udaljenost od Mjeseca. Taj pojas zadržanog zračenja najtanji je iznad Zemljinih polarnih područja iznad kojih izboji čestica sa Sunca povremeno ioniziraju gornji sloj atmosfere poznat i kao polarno svjetlo.

Nebeski policajac, veliki zaštitnik života na zemlji

U Sunčevu sustavu postoji i treći veliki zaštitnik života na Zemlji, a to je Jupiter, njegov najveći planet. Tom golemom planetu obavijenom plinovima, pretežno vodikom i helijem, nedostaje samo malo da njegova vlastita gravitacija započne nuklearnu reakciju u jezgri i pretvori ga u zvijezdu. Međutim, upravo ga ta njegova "nedovoljna" gravitacija pretvara u "policajca" Sunčeva sustava. Taj je peti planet na udaljenosti od Sunca pet i pol puta dalje nego Zemlja, a snagom svoje privlačne sile pobire većinu svemirskoga krša koji nakon sudara izlijeće iz pojasa asteroida između Marsa i Jupitera, a još je važnije što čisti i ono što uleti iz vanjskog, Kuiperovog pojasa asteroida.

Astronomi su uživo gledali u svibnju, lipnju i srpnju 1994. godine kako je privukao periodični komet Shomaker-Levy-9 (s periodom od oko 200 godina), zdrobio ga u devet velikih i 12 manjih fragmenata svojoj blizini i progutao ih u južnom dijelu njegove guste atmosfere. Ožiljci tih udara bili su vidljivi još mjesecima poslije, a neki su od njih bili i veći od goleme višestoljetne oluje zvane Velika crvena pjega u njegovom ekvatorijalnom pojasu. (Ona se i danas može jasno vidjeti boljim amaterskim teleskopom).

Nebeska tijela koja je Jupiter uhvatio svojom gravitacijom, a nije ih uspio progutati, oblijeću ga kao sateliti. Za prvoga promatranja primitivnim teleskopom Galileo Galilei ih je 1610. godine uočio četiri, a danas znamo da ih ima barem 67, jer se pretpostavlja da preostali još nisu otkriveni.


Kartografska animacija kretanja pojaseva oluja na Jupiteru koju je, kao niz fotografija, godine 2000. u prolazu
prema Saturnu snimila europsko-američka sonda Cassini-Huygens

Objašnjenje nastanka golemih oluja u neprozirnoj Jupiterovoj atmosferi

Planet nije odveć pravilnog kuglastog oblika jer mu je ekvatorijalni promjer gotovo 11,5 Zemljinih, a polarni 10 i pol. Zaprema 1321 volumen našega planeta, a masa mu nije razmjerna samo je gotovo 318 masa Zemlje. Što je ispod raznobojnih pojaseva oluja koje divljaju u međusobnim protusmjerovima usporedne s njegovim paralelama - ne zna se. Imali li čvrstu jezgru, koliko su ti oblaci debeli, koliko mu je snažno i kako je raspoređeno Jupiterovo gravitacijsko polje, kao i magnetsko polje, znalo se otprilike, mjerenjima izdaleka. Bilo je jasno da magnetsko polje stvara snažne pojaseve svemirskoga zračenja, ali su i o tome postojala također mjerenja izdaleka. Osim toga, nuklearni procesi u samom divovskom planetu zrače njegovu vlastitu radijaciju.

Osim teleskopima sa Zemlje, Jupiter je prilično detaljno proučen i iz orbitalnog teleskopa Hubble, a prve su fotografije i druge podatke o Jupiteru prilikom prolaska poslale sonde Pioneer 10 i 11, Voyageri 1 i 2 i Mariner. Bilo je ukupno osam letjelica koje su se bavile i Jupiterom. Sonda New Horizons na putu prema Plutonu pomogla se u veljači 2007. Jupiterovom gravitacijom koja ju je prema Plutonu izbacila poput praćke. I inače se planetarna istraživanja često koriste tom Jupiterovom gravitacijskom praćkom pa su se tako u prolazu s planetom pozdravile i sonde Ulysses, Cassini-Huygens, pa čak i sonde koje su putovale prema planetima unutrašnjeg Sunčevog sistema kao što su Merkur (MESSENGER).

Zračenje, glavni neprijatelj istraživanja

Jupiter je dosad ipak najtemeljitije istražila američka sonda Galileo između prosinca 1995. i rujna 2003. kad je kontrolirano srušena u Jupiterove oblake. Ta je misija na svom putu otkrila i glavninu danas poznatih radijacijskih anomalija te zbog njih nije obavljeno sve što se namjeravalo.

I sad, oboružana svim dosadašnjim znanjem, u orbiti oko Jupitera je od 4. srpnja ove godine američka sonda Juno. Čekaju nas mjeseci, pa i godine novih otkrića o samom planetu, ali i rješenje nekih ključnih zagonetki o povijesti postanka Sunčeva sustava.

U noći s ponedjeljka na utorak poznavatelji istraživanja svemira strepili su do pred jutro, kad se izvodio manevar ubacivanja sonde Juno u orbitu oko Jupitera. To je bio dosad u povijesti istraživanja svemira robotskim letjelicama najsuptilniji i najrizičniji manevar izveden nekom letjelicom bez posade.

Petogodišnje putovanje 3,6 tona teške letjelice prema Jupiteru, ispaljene s Floride u kolovozu 2011. godine raketom Atlas V, završilo je upravo tim manevrom. Zamišljeno je da se, iako je sonda u sklopu zadane težine i instrumenata koje nosi ta, dosad od svemirskog zračenja najzaštićenija letjelica, istražujući Jupiter na vrlo maloj visini od oko samo 4300 kilometara, oko planeta kreće krajnje ekscentričnom orbitom. Zamisao je da se Juno uvuče u najveću blizinu planetu blizu sjevernoga pola, gdje su magnetsko polje i zračenje najslabiji te potom po meridijanu ispod vanjskih područja najvećeg radijacijskog pojasa projuri iznad površine pa s južnog polarnog područja Jupitera izleti na veliku daljinu.

I tako nastavi istraživanje kroz 37 orbita u ukupno 20 mjeseci znanstvenog trajanja misije, od kojih će svaka orbita trajati 14 dana. Za vrijeme dok Juno nije blizu Jupiteru sonda će prema mreži prijemnih stanica na Zemlji slati prikupljene podatke, a oni će do Zemlje u jednom smjeru putovati gotovo 50 minuta. U 11 dana daljeg dijela orbite, očekuje se da Juno neće moći poslati puno više od 40 megabajta fotografija i drugih prikupljenih podataka, ne računajući podatke telemetrije o njenom kretanju, položaju i upravljačke naredbe.

Junove orbite. © Ljubaznošću: NASA
Manevar je bio kritičan iz više razloga. Samo koju sekundu stupnja promašenoga kuta i prestrmoga ulaza u orbitu mogao je završiti zabijanjem u planet, otklon na drugu stranu mogao ga je promašiti, ili završiti štetom zbog predugog uništavajućeg boravka u području prejakog zračenja. Točnost ulaza u orbitu morala je biti određena prije prvog niskog prolaza uz površinu Jupitera, jer se ona nije mogla korigirati pri samom prolazu.


Petominutni film u kojemu je sažetak osnovnih činjenica o misiji Juno

Sada, kada znamo da je ulaz u projektirane orbite uspio i dok čekamo prve snimke Jupitera iz velike blizine - od kojih ne treba očekivati previše, jer ovom prilikom nisu bile prioritet - valja nam se zabaviti samom letjelicom, njenom konstrukcijom i instrumentima na njoj, kao i očekivanim rezultatima ove misije. Ponajprije nam valja zaviriti u ingeniozno pakiranje svega u zadanu težinu i gabarite koje je mogla ponijeti Amerikancima danas jedina raspoloživa Lockheed-Martinova raketa Atlas V. sve dok im ne postanu dostupne NASA-ine rakete SLS (koje imaju precizan kalendar uporabe) i Falcon 9 Heavy iz Space X-a.

Drugi je veliki problem ove misije što za istraživanja dubokoga svemira NASA pati od nedostatka dosadašnjeg glavnog energenta - plutonija. Konstruktori su, da bi osigurali energiju za pokretanje instrumenata i komunikacije na svemirskom brodu Juno, bili prinuđeni osloniti se jedino na fotonaponske ploče. Istina, korištene solarne ćelije posve su nove generacije i efikasnije pretvaraju Sunčevu svjetlost u struju nego na ijednoj dosadašnjoj svemirskoj letjelici. Problem je u udaljenosti Jupitera od Sunca. Ondje je samo 1/25 intenziteta Sunčeva svjetla u odnosu na ono što se solarnim panelima može prikupiti na udaljenosti Zemlje od Sunca. Sve što Juno ondje ima na raspolaganju je ukupni kapacitet solarnih ploča, ukupne površine veće od 60 četvornih metara, od 420 do 490 vata koji se sprema u dva bloka litij-ionskih baterija, svaka kapaciteta 55 amper-sati.

Junove solarne ploče. © Ljubaznošću: NASA
Juno je na petogodišnjem putovanju prema Jupiteru sve vrijeme bila orijentirana tako da su njene tri fotonaponske ploče, široke 2,7 metara i duge 8,9 metara, bile maksimalno izložene Suncu. Ta se orijentacija gubi nužnim manevrom prilikom ulaska ispod Jupiterova vanjskog radijacijskoj pojasa, kako bi instrumenti bili okrenuti prema planetu, a za oporavak energije svemirski brod svoje solarne ploče ponovno orijentira prema Suncu u izduženom i sporom dijelu orbite.

I ta kombinacija upravljanja svemirskim brodom na daljinu, posebno uz precizne promjene orijentacije broda za najkritičnijih prolaza uz planet u sunčanoj sjeni, posebno komplicira upravljanje. Ali ni to nije kraj komplikacijama upravljanja svemirskim brodom koji potpuno razvijen prekriva veličinu košarkaškog igrališta. Zbog balističkih i znanstvenih razloga Juno se u raznim fazama leta oko svoje osi rotira raznim brzinama!


Usporedba veličina

Na vrhu jedne od triju solarnih ploča vidljivo je stanovito izduženje. To je instrument vrlo važan za uspjeh cijele misije - magnetometar. Za točnost skeniranja magnetnoga polja Jupitera iznimno je važno da se on rotira. Osim mjerenja jakosti magnetskog polja, tim će se osjetljivim instrumentom na temelju dinamike i usmjerenja magnetskoga polja, koje nikada nije statično, moći odrediti i veličina i sastav "unutrašnjeg dinama", jezgre Jupitera iz teških metala koja generira toliko snažno magnetno polje, kao i računalno generirati dinamički 3D model magnetnoga polja.

Na šesterokutnom tijelu letjelice, visine i širine 3,5 metra, hardvera pri lansiranju ukupne težine točno 3625 kilograma, od čega samo na gorivo za manevarske motore otpada punih 2032 kilograma, smješteni su ostali znanstveni instrumenti. Spomenut ćemo samo najvažnije.

Uređaj koji je na vrhu šesterokuta u obliku spljoštenog stošca mjeri gravitacijsko polje Jupitera. Podaci zbrojeni s onima iz magnetometra dat će cjelovitiju sliku o mogućem sastavu planeta mjereći posebno neravnomjeran raspored Jupiterove gravitacije, što se dosad moglo samo pretpostavljati podacima dobivenim iz puno veće daljine.

Što mjere znanstveni instrumenti?

Jedan od važnih uređaja vezanih upravo za proučavanje stanjenih polarnih magnetnih polja je JIRAM, Jupiterov infracrveni kartograf aurora. Slično kao i na zemaljskim polarnim područjima, gdje je zaštitno magnetno polje na najmanjoj visini, Sunčev vjetar pobuđuje svjetlucanje gornjih slojeva atmosfere. Za razliku od Zemlje, gdje čestice izbačene erupcijama sa Sunca pobuđuju da atmosferske čestice zasvijetle u vidljivom dijelu spektra, na Jupiterovim se polovima to događa u infracrvenom dijelu. S Hubblea je nedavno, 2. lipnja, snimljen niz spektakularnih fotografija sjeverne aurore na Jupiteru koje, animirane u video, pokazuju moćne razmjere uzajamnoga djelovanja Sunca i Jupitera!

Dodatnu draž na ovom videu daje detalj s desne strane: svijetla točka izvan područja aurore za sobom ostavlja svijetli trag. To je vulkanski mjesec Ija, jedan od četiriju najvećih, a Jupiteru najbližih mjeseca. Njegovu unutrašnjost neprekidno melju Jupiterove snažne gravitacijsko-plimne sile čiji je rezultat stalno trenje kamenite jezgre i stalne vulkanske erupcije. Svijetli trag u aurori na putanji mjeseca ostavljaju čestice koje Ija stalno izbacuje.


Svemirski teleskop Hubble snimio je Jupiterovu auroru

Aurorama i interakcijom ioniziranih čestica u atmosferi Jupitera bave se još i JADE, instrument koji mjeri raspršenost pobuđenih čestica na razini niskih energija i brzinu kretanja, a JEDI mjeri isto to, ali na visokim energijama. Tome treba pridružiti i podatke sa senzora valova u radiofrekventnom opsegu te brzine pobuđenih čestica u aurori.

Uz ultraljubičasti spektrograf i radiometar mikrovalova, iz podatke s JIRAM-a, detektirat će i sastav Jupiterove atmosfere te njenu debljinu do eventualne tekuće ili čvrste jezgre planeta, posebno u potrazi za omjerima vodika i kisika, sastojaka za daljnja svemirska istraživanja iznimno važnoga spoja - vode.

Naravno, Juno nosi i kameru za fotografiranje u vidljivom spektru. To je kamera i teleskop JunoCam, kojom neće upravljati samo znanstvenici i usmjeravati je na zanimljive i zagonetne vidljive fenomene Juiterove površinje prekrivene oblačnim olujama, nego će njene motive za fotografiranje moći birati i učenici i studenti na fakultetima! JunoCam je, kao i drugi instrumenti, stavljena u kovčeg od gotovo dva centimetra debelog titanija, ali se računa da će ta kamera uspjeti preživjeti samo prvih sedam od ukupno planiranih 37 orbita.

Ploča posvećena Galileju.
U čast prvom znanstvenom promatraču Jupitera Galilea Galileja Talijanska svemirska agencija izradila je malu ploču (7,1 x 5,1 cm) u koju je ugravirala Galileov portret i faksimil njegova rukopisa iz siječnja 1610. o prvom promatranju četiriju najvećih Jupiterovih mjeseca (Ganimed, Ija, Kalisto i Europa). Od tzv. "nepotrebnih" igračaka tu su i tri figurice iz aluminija svemirske kvalitete izrađene u standardu lego figurica: Galileja te rimskih božanstava Jupitera i njegove žene Junone.

Lego figurice također su odletjele do Jupitera.
Razotkrivanje istine iza gustih oblaka

Poznato je, antički je Rim preuzeo gotovo cijeli panteon božanstava antičke Grčke, davajući im vlastita imena. Tako je vrhovni bog s Olimpa Zeus postao Jupiter, a njegova supruga Hera postala je Junona.

Isprva je objašnjenje imena misije JUNO iz NASA-e bila kratica za JUpiter Near-polar Orbiter, ali potom netko mora da je rekao "K vragu, zašto izmišljati kratice, kad je odnos Jupitera i Junone točno ono što naša misija radi!", pa danas upravo važi službeno objašnjenje koje se oslanja na rimsku mitologiju.

Zeus i Hera.
Jupiter je, kao i Zeus, bio neobuzdan, pohotan i vjeroloman bog koji je Junonu varao kad god je stigao. Njegove su ljubavnice bile, između ostalih, Ganimed, Ija, Kalisto i Europa, koju je Jupiter zaveo pretvorivši se u bika. Junona je bila ljubomorna, ali muža nikako nije mogla uloviti u prijevari, osim jednom: kad se Jupiter zaogrnuo oblacima da ga žena ne vidi u kvaru, a Junona je, da bi ga razotkrila, razgrnula oblake! Upravo to je zadatak misije Juno: razumjeti što to Jupiter skriva iza debelog sloja oblaka!


Okultacija Mjeseca i Jupitera.


Jupiterova aurora kako ju je snimio svemirski teleskop Hubble.

P. S. Jupiter je astronomima na zvjezdanom nebu, kad nije sakriven, vrlo lako pronaći kao jedan od najsjajnijih objekata. Donedavno smo ga mogli vidjeti u ranu večer na zapadnom nebu, a ovih bi ga dana lako stanovnici južne Zemljine polutke mogli i bez stručne pomoći pronaći i vidjeti čak i potpuni početnici običnim dalekozorom. Između 1. i 9. srpnja na noćnom nebu prividno približio, i u jednom trenutku sakrio iza Mjeseca koji je u prvoj četvrti. Europljani će Jupiter, kako "viri" iza Mjeseca, najbolje vidjeti 30. rujna 2016. godine.


Zbog točnosti podataka, objavljujemo osvrt Ante Radonića na ovaj članak i njegove ispravke i nadopune u vezi podataka:

Miroslav bravo, lijep ti je i zanimljiv članak i šarmantan tekst. Stvarno si se potrudio. No, kad ima tako puno podataka, normalno je da se nađe i grešaka pa ću sad ukazati na neke. Točno je da je "Juno" deveta sonda koja je došla u blizinu Jupitera ali "Messenger" nije letio prema Jupiteru, a nije ni "Mariner". "Messenger" je jednom projurio pored Zemlje, dva puta pored Venere i tri puta pored Merkura, prije konačnog dolaska u orbitu oko Merkura (kad se četvrti put približio Merkuru). Energetski zahtjev za Jupiter veći je od onog za dostizanje Merkura.

A da ne bi netko pomislio kako je Jupiter umalo mogao postati zvijezdom, spomenimo da bi Jupiter morao imati preko deset puta veću masu, a da bi spadao u klasu manjih smeđih patuljaka. Sa još većom masom u smeđem patuljku mogla bi početi fuzija deuterija. Ali sa masom preko 70 puta većom dostiže se kategorija prave zvijezde kada je na djelu fuzija vodika u helij.

Sasvim je kriv onaj podatak na kraju za 30. rujna. Tada se Jupiter uopće neće moći vidjeti. Naime, 26.09.2016. Jupiter će biti u konjunkciji sa Suncem, biti će prividno sasvim blizu Sunca. Ali zato 27. kolovoza-augusta  Venera i Jupiter biti će prividno sasvim blizu jedan drugome i vidjet će se samo u sumraku, nakon zalaska Sunca, prije mraka, jako nisko iznad zapadnog obzora. Istog tog dana je slijedeći dolazak "Juno" u točku perijovija kada će snimiti prve slike iz bliza.

Ante Radonić


Ukupno komentara: 3
Uključi se u raspravu
Najnoviji komentari
Maliprinc
08.07.2016. u 11:09 sati

Sasvim je kriv onaj podatak na kraju za 30. rujna. Tada se Jupiter uopće neće moći vidjeti. Naime, 26. 09. Jupiter će biti u konjunkciji sa Suncem, biti će prividno sasvim blizu Sunca. Ali zato 27. kolovoza-augusta  Venera i Jupiter biti će prividno sasvim blizu jedan drugome i vidjet će se samo u sumraku,nakon zalaska Sunca, prije mraka, jako niskoiznad zapadnog obzora. Istog tog dana je slijedeći dolazak "Juno" u točku perijovija kada će snimiti prve slike iz bliza. 

Maliprinc
08.07.2016. u 10:58 sati

A da ne bi netko pomislio kako je Jupiter umalo mogao postati zvijezdom, spomenimo da bi Jupiter morao imati preko deset puta veću masu a da bi spadao u klasu manjih smeđih patuljaka. Sa još većom masom u smeđem patulju mogla bi početi fuzija deuterija. Ali sa masom preko 70 puta većom dostiže se kategorija prave zvijezde kada je na djelu fuzija vodika u helij.
Maliprinc
08.07.2016. u 10:52 sati

Miroslav bravo, lijep ti je i zanimljiv članak i šarmantan tekst. Stvarno si se potrudio. No, kad ima tako puno podataka, normalno je da se nađe i grešaka pa ću sad ukazati na neke. Točno je da je "Juno" deveta sonda koja je došla u blizinu Jupitera ali "Messenger" nije letio prema Jupiteru a nije ni "Mariner". "Messenger" je jednom projurio pored Zemlje, dva puta pored Venere i tri puta pored Merkura, prije konačnog dolaska u orbitu oko Merkura (kad se četvrti put približio Merkuru). Energetski zahtjev za Jupiter veći je od onog za dostizanje Merkura.