Léteznek-e az élethez szükséges feltételek a Naprendszerben a Földön kívül? Ez a JUICE űrszonda küldetésének legfontosabb kérdése. Az El-Tech Centerben tartott fórumon azokat a műszereket is bemutatták amelyeket az Energiatudományi Kutatóintézetben fejlesztettek a küldetéshez. Kővágó Angéla újabb írása.
Magyarország 2015-ben lett teljes jogú tagja az Európai Űrügynökségnek, a JUICE (Jupiter Icy moons Explorer) misszióra azonban már ezt megelőzően sikerült a hazai szakembereknek kvalifikálni műszereiket. Az, hogy egy ilyen kiemelt küldetésben vállalt szerepet hazánk, óriási lehetőség a magyar űripar számára – mondta Dr. Ferencz Orsolya űrkutatásért felelős miniszteri biztos az El-Tech Centerben tartott küldetés-bemutató sajtótájékoztatón. A küldetés azért is fontos, mert Magyarország önerőből nem tudna a Jupiterhez szondát küldeni, az ESA-hoz befizetett pénzt azonban pályázatok útján visszanyerve, a magyar tudományos élet és az űripari vállalkozások is profitálhatnak ebből.
Dr. Kereszturi Ákos a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont KTM Csillagászati Intézet tudományos munkatársa, a JUICE szonda általános kutatási céljairól tartott előadásában bemutatta a Jupiter és a Galilei-holdak rendszerét. Mivel az Európa közelében nagyon nagy a sugárzás, a szonda fő célpontja a Ganymedes lesz. Útja végén, – miután többször elhalad a holdak között – e körül áll majd pályára. A holdak úgynevezett pályarezonanciával keringenek a rendszerben, ami azt jelenti, hogy gravitációs egymásra hatásuk miatt a pályájuk alapvetően elnyújtott, de a Jupiter árapály hatásával ezt megpróbálja minél inkább körré formálni. A folyamat során a holdak deformálódnak, hő keletkezik bennük és nagyon látványos átalakulási sort alkotnak az Io forró vulkanikus világától, az Europa jeges óceánján át, a Ganymedes-ig. Az égitestek kölcsönhatása miatt anyagáramlás is van közöttük, így ebben a komplex, nagyon sok, különböző reakciót felvonultató rendszerben számos kérdésre keresik a választ a kutatók, amelyeket Dr. Kereszturi Ákos ismertetett.
– A Galilei-holdakat régóta ismerjük, de milyen információkat remélnek megtudni a JUICE- misszió során?
– A legfontosabb annak kiderítése lesz, hogy az Europa, a Ganymedes, és a Callisto esetében milyenek a felszín alatti vizes óceánok. Az Europánál nagyjából biztosra tudjuk, hogy van, a másik kettőnél valószínűsíthetően van, de hogy pontosan milyen, hány fokos, pontosan hol helyezkedik el, milyen az összetétele, milyen a szerkezete, áramlik-e benne a víz… erről nincs pontos képünk, csak azt tudjuk, hogy nagyon érdekes, és hogy erről még sok dolgot kellene kideríteni.
– Az előadásban volt egy ábra a víz konvekciós áramlásáról, tehát a feltételezések szerint ez nagyon mozgalmas terület, ahol a hőmérsékleti-, és sűrűségkülönbségek miatt cserélődnek a folyadékrétegek. Ha valóban van ilyen áramlás, az segíti vagy megnehezíti az élet kialakulását?
– Az egyik fő dolog, ami a víz és a szerves anyagok mellett az élet kialakulásához szükséges az a redox gradiáns, vagyis olyan környezet, ahol elektronok cserélődésével kémiai átalakulások mehetnek végbe. Fentről a jég oxidált állapotú anyagokat hozhat, alulról viszont a vulkáni működés során redukált anyagok kerülnek bele, és a kettő keveréke elvileg egy ideális kémiai kotyvalék ahhoz, hogy ott az élet szempontjából érdekes reakciók játszódhassanak le. Az is nagyon érdekes kérdés, hogy milyen az a jég, ami a víz felett van. Eddig is nagyon sokféle műszerrel vizsgálták ezeket az égitesteket, de ilyen felszín alá behatoló radarral még nem, én ettől is nagyon sok új információt várok.
– A Jupiter ionoszféráját is megfigyeli majd a JUICE, hiszen itt az égitestek között a töltött részecskék áramlása legalább olyan komplex, mint a vizes közegben lezajló folyamatok. De mi lesz a célja ezeknek a vizsgálatoknak?
– Azt itt a Föld környezetében tudjuk, hogy a Napból áramló töltött részecskék erősen befolyásolják a magnetoszférát, a napszélről és az űridőjárásról itt már van ismeretanyagunk. A Jupiter és környezete gyakorlatilag egy mini-naprendszer, ahol egy saját belső környezetben játszódnak le ezek a folyamatok. Képzeljük el, hogy az Ion történik egy nagy vulkánkitörés, kirepül egy csomó részecske, ionizálódnak és befogja őket a Jupiter magnetoszférája, és szanaszét söpri a rendszerbe… de nem tudjuk, pontosan mi történik csak az látszik, hogy ez is egy nagyon dinamikus rendszer. Hogy mennyire hasonlít ez az általunk a Nap környezetében megismerthez, ezt még nem tudjuk. Itt kisebb a rendszer, mintha a Naprendszer egészét nézzük, de nagyon gyors és aktív változások mehetnek végbe, ezért lehet érdekes.
– Az előadásban arról is szó esett, hogy még akár az exobolygókkal kapcsolatban is kaphatunk új támpontokat. Hogyan lehet egy nagyon távoli exobolygó környezetére következtetni a JUICE által gyűjtött adatokból?
– A távoli exobolygóknál azt tudjuk kb., hogy mekkora az égitest, milyen tömegű, milyen sűrűségű, milyen távol kering a központi csillagától, vagy hány fok lehet rajta. Tehát messziről úgy az egészet tudjuk valamennyire karakterizálni. Itt most azt tudjuk megfigyelni a Jupiter rendszerében, hogy egy adott égitest, adott összetétel és sűrűség esetén, milyen belső jellemzőkkel bír, tehát példát láthatunk arra, hogy egy ilyen jeges, szilikátos keverék égitest milyen fejlődési utat járhat be, mivé alakulhat át, és aztán a megfigyelt hasonló típusú exobolygókra próbáljuk az adatokat extrapolálni. Tehát például ha tudjuk, hogy az adott exobolygó valamennyi jeget tartalmaz, akkor a JUICE megfigyeléseiből mondhatunk valamit arra nézve, hogy abból a jégből mennyi lehet a víz, ha árapály kapcsolatban vannak egymással a holdjaival, akkor az mennyire fűtheti fel őket… Tehát a Galilei-holdak nagyon érdekes példákat fognak most demonstrálni azokról a jelenségekről amelyek az exobolygók környezetében is lejátszódhatnak.
A továbbiakban Dr. Bebesi Zsófia a Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos főmunkatársa, előadásában szintén több oldalról világította meg a részecskesugárzás vizsgálatának jelentőségét. A Jupiter magnetoszférájában keringő nagy energiájú töltött részecskék, vagy a Napból érkező UV fotonok könnyen lebontják a felszínen lerakódó, -az óceánból származó- szerves molekulákat, ezzel az esetleges életre utaló jeleket is. Tehát ha a felszínt vizsgáljuk, akkor nem feltétlen fogjuk megtalálni ezeket a nyomokat. Ezért kell megtudni, hol, milyen mértékben éri a felszínt a sugárzás, milyen mélyre hatolnak be a nagyenergiájú részecskék, és persze azt is, hogy hogyan változtatja meg a sugárzás a felszínre került szerves molekulákat, mert ebből is lehet következtetni az eredetileg lecsapódott anyag összetételére. A JUICE 10 műszert visz magával, amelyek között, -mint arról korábban már szó esett-, van pl.: egy rendkívül érzékeny radar. Ezzel a jégkéreg alatt 9 kilométerrel elhelyezkedő rétegeket is vizsgálni lehet. A csaknem 15 éven át-, 13 ország, 18 kutatóintézetének és 83 cégének együttműködésében elkészült űreszköz 10 műszeréről a Séra Gábor által írt küldetésprofilban olvashattok.
Az ott felsoroltak közül a PEP (Particle Environment Package) tápegységét az Energiatudományi Kutatóintézetben fejlesztették. A miskolci Admatis Kft. a PEP egyik egységének hővédő borítását készítette, és részt vett a termikus tesztelésben is. A CSFK kutatói szintén nemzetközi együttműködés keretében, a szonda helyzetét és sebességét fogják meghatározni földi rádiótávcsövek segítségével. Minderről Szalai Sándor professzor emeritus tartott előadást, majd később a Spacejunkie kérdésére többek között a fejlesztés nehézségeiről is beszélt.
– Mióta dolgoztak a JUICE űrszonda műszerein?
– Az első terveket 2010-ben küldtem el a svéd kísérlet tervezőknek, úgyhogy mint minden műholdfejlesztési folyamat ez sem volt rövid idő. Kezdetben tizenöt ember dolgozott ezen, most a végére kb. nyolcan maradtunk. A javaslatainkat 2013-ban fogadták el, tehát nagyjából tíz évig dolgoztunk a projekten. Egyrészt vezérlő és adatgyűjtő számítógépet, másrészt kisfeszültségű tápegységeket készítettünk, amelyek az űrszonda 28 V-os tápfeszültségéből a 1,5-15-70 V-os feszültségeket biztosítják a különféle alrendszereknek. Ebben már nagy tapasztalatunk van, mert korábban hasonló egységeket fejlesztettünk a BepiColombo és a Rosetta űrszondákhoz is. Részben a földi vezérlő egységekbe is benne voltunk, a tápegység-szimulátor és a kommunikációs kapcsolat biztosítása révén, amibe a szoftverfejlesztés is beletartozik.
– Az előadásban szóba került, hogy nem volt könnyű megfelelni a nemzetközi elvárásoknak. Milyen nehézségekkel kerültek szembe a munka során?
– Itt, most ha jól emlékszem pl.: a tápegységnek 380 – 400 gramm súlyt adtak meg, de ezúttal a korábbi projektektől eltérően legalább a nyomtatott áramköri kártyák súlyát külön nem nézegették. De volt olyan gond,- hogy csak egyet említsek a sok közül-, hogy 8 detektoregység lett betervezve, mert úgy gondolták, hogy a tudományos célok eléréséhez ennyire van szükség, de végül csak 6-ot tudtak elhelyezni. Nagyon hosszú folyamat volt mire kialakult a kompromisszum, hogy ha itt-ott ezt-azt lefaragunk, akkor a megbízhatóság csökkenésével meddig mehetünk el. Itt arról van szó, hogyha nagyobb integráltságú áramköri elemeket építünk be, akkor a tranzisztorelemek felülete kisebb, tehát egy esetleg becsapódó töltött részecske nagyobb valószínűséggel károsítja.
– Van olyan részegység, ami miatt aggódik, hogy sikerült-e jól összerakni?
– A tápegység miatt semmi esetre sem, az nagyon jól sikerült, elsőre átment minden teszten és a svédek és a svájciak is elégedettek voltak a munkánkkal. De az én életemben már megvolt az aggódás meg a büszkeség is, amikor 1986-ban a Vega űrszonda elrepült a Halley-üstökös mellett. Hatalmas élmény volt, hiszen ember előtte még nem látott egyetlen üstökösmagot sem.
– Most melyik hold adataira lenne kíváncsi?
– Leginkább az Europára, hogy milyen a felszín alatti víz összetétele. Nagy büszkeség lenne, ha hozzájárulhatnánk valamilyen kezdetleges életnyomok felfedezéséhez. A hat unokám közül egy a fizika iránt érdeklődik, nagyon remélem, hogy a jövőben valamikor értékelni tudja majd a munkánkat, amit ezen a szondán végeztünk.
A JUICE űrszonda – a cikk íráskor, a tervek szerint- 2023. április 13-án 14.15-kor indul az ESA Francia Guyana-i telepéről. A Francia Űrügynökség (CNES) YouTube csatornáján a hétvégén két órás élő műsorban mutatták be a küldetést, mivel a tíz műszerből hatot építettek összesen kilenc franciaországi kutatóintézetben (Párizsi központok mellett Grenoble, Marseille, Orleans, és Nantes egyetemei és kutatóintézetei vettek rész a programban). A műsor ezen a linken érhető el.
A műsor vendége volt Christian Mustin, exobiológus, aki nézői kérdésre válaszolva többek között azt is elmagyarázta, hogyan lehetséges, hogy a hideg, jeges felszín alatt folyékony marad a víz a Jupiter rendszer holdjain. Úgy gondolják, hogy a Ganymedes belső magjában radioaktív bomlásokból származó hő fűti alulról annyira a jeget, hogy az megolvad, ehhez hozzájárul az árapály-hatásból fakadó bolygó-deformáció miatt keletkező hő is. Egy másik kérdésre válaszolva a szakértő arról is beszélt, hogy ezúttal az agresszív sugárzási környezet miatt nem tudunk annyira közel elhaladni az Europához, hogy a szonda gejzír-kitöréseken haladjon át. (Ezeket még 2012-ben a Hubble felvételein lehetett megfigyelni) a később induló Europa Clipper szondától -mint elmondták- többet várnak ebben a tekintetben.
Elisabet Canalias repülésdinamikai szakértő, azokról a gravitációs hintamanőverekről beszélt melyeket a JUICE-nak végre kell hajtania, mivel pusztán a rakétaindítás impulzusa kevés ahhoz, hogy egészen a Jupiterig eljuttassa a szondát. E négy gyorsító manőverről korábban Oláh Tamás cikkében olvashattatok.
A JUICE pályáját interaktív modellen is követhetitek!
Szintén nézői kérdésre válaszolva Elisabet elmondta, hogy amikor a szonda küldetését megtervezik, a kutatók nem gondolkodnak azon, hogyan jut el az űreszköz a célhoz. Később a misszió részletes kidolgozásakor több forgatókönyv is készül a lehetséges pályákról, és kemény tárgyalásokon dől el, hogyan lehet kompromisszumot találni az üzemanyag mennyisége, a szonda energiakapacitása, és a csapatok kívánságai között, miközben persze a legfontosabb, megkerülhetetlen tényező az égi mechanika, a bolygómozgások, a sugárzási övek és az egész űrkörnyezet. Amikor a covid-járvány kitört, a pályaoptimalizálás már megtörtént. A szakértők kisebb fajta csodának nevezték, hogy csak 9 hónapot csúsztak a lezárások miatt, mivel mindent újra kellett számolni, hiszen az égitestek közben járták a maguk útját. A számítások elvégzésének oroszlánrészét Yves Langevin asztrofizikus és Arnaud Boutonnet csapata a Comet-nél végezte el. (A Comet weboldala angolul is elérhető, ha valakit esetleg az űrmechanika részletesebben is érdekel.) Jelenleg viszonylag hosszú indítási ablak áll rendelkezésre, egészen a hó végéig elindulhat az Ariane-5 ha április 13-án esetleg kedvezőtlenek lennének a körülmények. Utána viszont hosszú hónapokat kell várni az új lehetőségre, ezért jó lenne, ha minden simán menne.
A CNES műsor harmadik vendége a francia kollaboráció projektvezetője Carole Larigauderie volt. A szonda jellemzőiről szólva kiemelte, hogy a JUICE rendelkezik a bolygóközi szondákhoz valaha épített leghosszabb napelemsorral (85 négyzetméter) mivel a Jupiter környezetében az egy egységre eső napenergia mennyisége csak huszonötöd része annak, ami a Földre érkezik. Mint elmondta az indítás után a napelemek a szakértők becslése szerint 15:40-re nyílhatnak ki, s ezután egy kb. három hónapos tesztelési szakasz veszi kezdetét, amikor azt ellenőrzik, hogy az indítás során fellépő rezgések nem tettek-e kárt az érzékeny műszerekben. A szondában az elektronikai eszközöket ólompajzs védi a sugárzástól, de eleve olyan anyagokból kellett elkészíteni őket, amelyek ellenállnak a részecskék becsapódásának. Szintén fontos a hőmérséklet ingadozás elleni védelem, mivel a Vénusz felett áthaladva több mint 250 fokon, amikor a Jupiternél jár, akkor mínusz 130-nál is alacsonyabb hőmérsékleten kell üzemelnie a rendszernek. Miután jó néhányszor megkerüli a Jupitert, majd elhalad a holdak mellett, a JUICE végül a Ganymedes körül áll majd pályára. Ekkor 45 percig tart míg egy utasítás odaér, és szintén 45 percet kell várni a válaszra is. A CNES műsorának 49. percénél bemutattak egy animációt is, amelyen az látható, ahogy a JUICE kihajtogatja érzékelőit, és hatalmas szitakötőként lebeg a Jupiter, és a Ganymedes felett. Ezeken a képeken két hosszú antennaszerű szenzort is látni, ezek azonban nem a kommunikációs egység részei. Az egyik a RIME, amely egy 17 m hosszú radar, amelyről már korábban volt szó, és a felszín alatti rétegek vizsgálatára szolgál, a másik pedig a magnetométer, olyan érzékeny mágneses érzékelőkkel, hogy nem lehet a szondatesthez közelebb elhelyezni, mert akkor a többi műszer mágneses mezeje megzavarná a méréseket. A Francia Űrügynökség által szervezett beszélgetésben Carole Larigauderie projektvezető azt is elmondta, hogy bár a szonda össztömege hat tonna, ebből három tonna az üzemanyag, amely a pályamanőverek miatt szükséges, a műszerek pedig mindössze 280 kg-ot jelentenek a JUICE összsúlyából.
Fun fact: Bár a JUICE-t sokan valóban szitakötőhöz hasonlítják a fent ismertetett szerkezeti felépítés miatt, Giuseppe Sarri a JUICE- misszió olasz projektmenedzsere „Ezüst Szépségnek” becézi a szondát az Airbus-nál készített hőálló bevonat miatt (nem mellesleg az Airbus honlapján elérhető animációt is érdemes megtekinteni).
Kővágó Angéla