Alltsedan Galileo observerade det först genom en teleskop 1610 , Jupiter och dess system av månar har fascinerat mänskligheten. Och medan många rymdskepp har besökt systemet under de senaste fyrtio åren, var majoriteten av dessa uppdrag förbiflygningar. Med undantag för Galileorymdsond , var dessa rymdskepps besök i Jupitersystemet ett av flera avsedda mål, som ägde rum innan de tog sig djupare in i solsystemet.
Efter att ha lanserats den 5 augusti 2011, NASAs Junorymdskepp har ett annat syfte i åtanke. Med hjälp av en rad vetenskapliga instrument,Junokommer att studera Jupiters atmosfär, magnetiska miljö, vädermönster och belysa historien om dess bildande. I huvudsak kommer det att vara den första sonden sedanGalileouppdrag att kretsa kring Jupiter, där den kommer att tillbringa de kommande två åren med att skicka information om gasjätten tillbaka till jorden.
Om det lyckas,Junokommer att visa sig vara det enda andra långsiktiga uppdraget till Jupiter. Dock jämfört medGalileo -som tillbringade sju år i omloppsbana runt gasjätten – Junos uppdrag är planerat att pågå i bara två år. Dess förbättrade svit av instrument förväntas dock ge en mängd information under den tiden. Och med undantag för eventuella uppdragsförlängningar kommer dess riktade inverkan på Jupiters yta att ske i februari 2018.
Juno kommer att dyka mellan planeten och dess intensiva bälten av laddad partikelstrålning, och kommer inom 5 000 kilometer (cirka 3 000 miles) från molntopparna. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Bakgrund:
Som en del av NASA Nya gränser programmet är Juno-uppdraget ett av flera medelstora uppdrag som är avsett att utforska solsystemets olika kroppar. Det är för närvarande en av tre sonder som NASA driver, eller håller på att bygga. De andra två är Nya horisonter sond (som flög förbi Pluto 2015 ) och OSIRIS-REx , som förväntas flyga till asteroiden 101955 Bennu 2020 och föra prover tillbaka till jorden.
Under en decadalundersökning 2003 – med titeln ” Nya gränser i solsystemet: En integrerad utforskningsstrategi ” – National Research Council diskuterade destinationer som skulle fungera som källan till den första tävlingen för New Frontiers-programmet. En Jupiter-omloppsbana identifierades som en vetenskaplig prioritet, som man hoppades skulle ta upp flera obesvarade frågor om gasjätten.
Dessa inkluderade huruvida Jupiter hade en central kärna (vars forskning skulle hjälpa till att fastställa hur planeten bildades), vatteninnehållet i Jupiters atmosfär, hur dess vädersystem kan förbli stabila och vilken typ av magnetfält och plasma omgivande Jupiter är. 2005 valdes Juno ut till New Frontiers-programmet vid sidan avNya horisonterochOSIRIS-REx.
Även om den ursprungligen var avsedd att lanseras 2009, tvingade NASA:s budgetrestriktioner en försening till augusti 2011. Sonden fick sitt namn för att hedra den romerska gudinnan Juno, hustru till Jupiter (den romerska motsvarigheten till Zeus) som kunde titta igenom en slöja av moln som Jupiter ritade runt sig. Namnet var tidigare en bakronym som stod förJUpiter nära-polär orbiterockså.
Uppdragsprofil:
Juno-uppdraget skapades för det specifika syftet att studera Jupiter för att lära sig mer om bildandet av solsystemet. Under en tid har astronomer förstått att Jupiter spelade en viktig roll i utvecklingen av solsystemet. Liksom de andra gasjättarna sattes den ihop under de tidiga stadierna, innan vår sol fick chansen att absorbera eller blåsa bort de lätta gaserna i det enorma moln som de föddes ur.
Som sådan kan Jupiters sammansättning berätta mycket om det tidiga solsystemet. På samma sätt tros gasjättarna ha spelat en stor roll i processen för planetbildning eftersom deras enorma massor tillät dem att forma banorna för andra objekt – planeter, asteroider och kometer – i deras planetsystem.
Men för astronomer och planetforskare är mycket fortfarande okänt om denna enorma gasjätte. Till exempel är Jupiters inre struktur och sammansättning, såväl som det som driver dess magnetfält, fortfarande föremål för teori. Eftersom Jupiter bildades samtidigt med solen borde deras kemiska sammansättning vara likartad, men forskning har visat att Jupiter har fler tunga grundämnen än vår sol (som kol och kväve).
Dessutom finns det några obesvarade frågor om när och var planeten bildades. Även om den kan ha bildats i sin nuvarande omloppsbana, tyder vissa bevis på att den kunde ha bildats längre från solen innan den vandrade inåt. Alla dessa frågor, hoppas man, är sakerJunouppdrag kommer att svara.
Tekniker installerar Junos titanvalv. (Bildkredit: NASA/JPL-Caltech/LMSS)
Efter att ha lanserats den 5 augusti 2011,Junorymdfarkosten tillbringade de kommande fem åren i rymden och kommer att nå Jupiter den 4 juli 2018. Väl i omloppsbana kommer den att tillbringa de kommande två åren i att kretsa runt planeten totalt 37 gånger från pol till pol, med hjälp av sina vetenskapliga instrument för att sondera under gasjättens skymd molntäcke.
Instrumentation:
DeJunorymdfarkosten är utrustad med en vetenskaplig svit med 8 instrument som gör det möjligt för den att studera Jupiters atmosfär, magnetiska och gravitationsfält, vädermönster, dess inre struktur och dess formationshistoria. De inkluderar:
- Gravity Science:Genom att använda radiovågor och mäta dem för dopplereffekt, kommer detta instrument att mäta fördelningen av massa inuti Jupiter för att skapa en gravitationskarta. Små variationer i gravitationen längs sondens omloppsbana kommer att inducera små förändringar i hastighet. De viktigaste utredarna av detta instrument är John Anderson från NASA:s Jet Propulsion Laboratory och Luciano Iess från Sapienza University of Rome.
- JunoCam:Detta synliga ljus/teleskop är rymdfarkostens enda bildapparat. Avsedd för allmänhetens uppsökande och utbildning, kommer den att ge hisnande bilder av Jupiter och solsystemet, men kommer endast att fungera i sju omloppsbanor runt Jupiter (på grund av effekten Jupiters strålning och magnetfält har på instrument). PI för detta instrument är Michael C. Malin, från Malin Space Science Systems
- Jovian Auroral Distribution Experiment (JADE):Med hjälp av tre energiska partikeldetektorer kommer JADE-instrumentet att mäta vinkelfördelningen, energin och hastighetsvektorn för lågenergijoner och elektroner i Jupiters norrsken. PI är David McComas från Southwest Research Institute (SwRI).
- Jovian Energetic Particle Detector Instrument (JEDI):Liksom JADE kommer JEDI att mäta vinkelfördelningen och hastighetsvektorn för joner och elektroner, men vid högenergi och i Jupiters magnetosfär. PI är Barry Mauk från NASA:s laboratorium för tillämpad fysik.
Juno rymdfarkost och dess vetenskapliga instrument. Kredit: NASA/JPL
- Jovian Infrared Aural Mapper (JIRAM):Den här spektrometern, som fungerar i det nära-infraröda, kommer att ansvara för att kartlägga de övre lagren av Jupiters atmosfär. Genom att mäta värmen som strålar utåt kommer den att avgöra hur vattenrika moln kan flyta under ytan. Den kommer också att kunna bedöma fördelningen av metan, vattenånga, ammoniak och fosfin i Jupiters atmosfär. Angioletta Coradini från det italienska nationella institutet för astrofysik är PI på detta instrument.
- Magnetometer:Detta instrument kommer att användas för att kartlägga Jupiters magnetfält, bestämma dynamiken i planetens inre och bestämma den tredimensionella strukturen av den polära magnetosfären. Jack Connemey från NASA:s Goddard Space Flight Center är instrumentets PI.
- Mikrovågsradiometer:MR-instrumentet kommer att utföra mätningar av de elektromagnetiska vågorna som passerar genom den jovianska atmosfären och mäta mängden vatten och ammoniak i dess djupa lager. Genom att göra det kommer den att få en temperaturprofil på olika nivåer och bestämma hur djup Jupiters atmosfäriska cirkulation är. PI för detta instrument är Mike Janssen från JPL.
- Radio- och plasmavågssensor (RPWS):Denna RPWS kommer att mäta radio- och plasmaspektra i Jupiters norrskensregion. I processen kommer den att identifiera de områden av norrskensströmmar som definierar planetens radioutsläpp och accelererar dess norrskenspartiklar. William Kurth från University of Iowa är PI.
- Ultraviolett avbildningsspektrograf (UVS):UVS kommer att registrera våglängden, positionen och ankomsttiden för detekterade ultravioletta fotoner, vilket ger spektrala bilder av UV-aurorala emissioner i den polära magnetosfären. G. Randall Gladstone från SwRI är PI.
Utöver sin vetenskapliga svit bär rymdfarkosten Juno också en minnestavla tillägnad Galileo Galilei. Plattan tillhandahölls av den italienska rymdorganisationen och föreställer ett porträtt av Galileo, samt manus som hade komponerats av Galileo själv vid tillfället att han observerade Jupiters fyra största månar (i dag kända som Galileiska månar ).
Galileo-pesten ombord på rymdfarkosten Juno. Kredit: NASA/JPL-Caltech/KSC
Texten, skriven på italienska och transkriberad från Galileos egen handstil, översätts som:
'Den 11:e var den i denna formation, och stjärnan närmast Jupiter var hälften så stor än den andra och mycket nära den andra så att under de föregående nätterna såg alla de tre observerade stjärnorna ut av samma dimension och bland dem lika fjärran; så att det är uppenbart att det runt Jupiter finns tre rörliga stjärnor som är osynliga fram till denna tid för alla.'
Rymdfarkosten bär också tre legofigurer som föreställer Galileo, den romerska guden Jupiter och hans fru Juno. Figuren Juno håller ett förstoringsglas som ett tecken på att hon söker efter sanningen, Jupiter håller i en blixt och figuren Galileo Galilei håller sitt berömda teleskop. Lego gjorde dessa figurer av aluminium (istället för den vanliga plasten) för att säkerställa att de skulle överleva de extrema förhållandena vid rymdflygning.
Lansera:
Juno-uppdraget lanserades från Cape Canaveral Air Force Station den 5 augusti 2011, ovanpå en Atlas v raket . Efter ungefär 1 minut och 33 sekunder nådde de fem Solid Rocket Boosters (SRB) utbrändhet och föll sedan bort. Efter 4 minuter och 26 sekunder efter lyftet stängdes Atlas V-huvudmotorn av, följt 16 sekunder senare av separationen av Centaur övre scen raket .
Efter en brännskada som varade i 6 minuter sattes Kentauren in i sin första parkeringsbana. Den strandade i cirka 30 minuter innan dess motor genomförde en andra avfyring som varade i 9 minuter, vilket satte rymdfarkosten på en flyktbana från jorden. Cirka 54 minuter efter uppskjutningen separerade rymdfarkosten från Centaur och började bygga ut sina solpaneler.
Ett år efter lanseringen, mellan augusti och september 2012, genomförde rymdfarkosten Juno framgångsrikt två djupa rymdmanövrar utformad för att korrigera dess bana. Den första manövern (DSM-1) inträffade den 30 augusti 2012, med huvudmotorn avfyrade i cirka 30 minuter och ändrade dess hastighet med cirka 388 m/s (1396,8 km/h; 867 mph).
Den andra manövern (DSM-2), som hade en liknande varaktighet och resulterade i en liknande hastighetsförändring, ägde rum den 14 september. De två skjutningarna inträffade när sonden var cirka 480 miljoner km (298 miljoner miles) från jorden och förändrade rymdfarkostens hastighet och dess Jupiter-bundna bana, vilket satte scenen för en gravitationsassistans från dess förbiflygning av jorden.
Earth Flyby:
Junos förbiflygning på jorden ägde rum den 9 oktober 2013, efter att rymdfarkosten avslutat en elliptisk bana runt solen. Under sin närmaste inflygning befann sig sonden på en höjd av cirka 560 kilometer (348 miles). Jordens förbiflygning ökade Junos hastighet med 3 900 m/s (14 162 km/h; 8 800 mph) och placerade rymdfarkosten på sin sista flygbana för Jupiter.
Under förbiflygningen lyckades Junos Magnetic Field Investigation (MAG)-instrument fånga några lågupplösta bilder av jorden och månen. Dessa bilder togs medan Juno-sonden befann sig cirka 966 000 km (600 000 mi) från jorden – ungefär tre gånger så mycket som jord-månen. De kombinerades senare av tekniker vid NASA:s JPL för att skapa videon som visas ovan.
Earth flyby användes också som en repetition avJunovetenskapsteam för att testa några av rymdfarkostens instrument och öva på vissa procedurer som kommer att användas när sonden anländer till Jupiter.
Rendezvous med Jupiter:
DeJunorymdfarkoster nådde Jupitersystemet och etablerade en polär bana runt gasjätten den 4 juli 2016. Dens bana kommer att vara mycket elliptisk och kommer att ta den nära polerna – inom 4 300 km (2 672 mi) – innan den når bortom Callistos bana, den mest avlägsna av Jupiters stora månar (med ett genomsnittligt avstånd på 1 882 700 km eller 1 169 855,5 mi).
Denna omloppsbana kommer att tillåta rymdfarkosten att undvika långvarig kontakt med Jupiters strålningsbälten, samtidigt som den fortfarande kan utföra närbildsundersökningar av Jupiters polära atmosfär, magnetosfär och gravitationsfält. Rymdfarkosten kommer att tillbringa de kommande två åren i att kretsa runt Jupiter totalt 37 gånger, och varje bana tar 14 dagar.
Sonden har redan utförts mätningar av Jupiters magnetfält . Detta började den 24 juni när Juno korsade bågchocken strax utanför Jupiters magnetosfär, följt av dess transitering in i den jovianska magnetosfärens lägre densitet den 25 juni. Efter att ha gjort övergången från en miljö som kännetecknas av solvind till en som domineras av Jupiters magnetosfär, fartygets instrument avslöjade en del intressant information om den plötsliga förändringen i partikeldensitet.
Sonden gick in i sin polära elliptiska bana den 4 juli efter att ha avslutat en 35 minuter lång avfyring av huvudmotorn, känd som Jupiter Orbital Insertion (eller JOI). När sonden närmade sig Jupiter ovanifrån sin nordpol, fick den en vy av det jovianska systemet, vilket det tog en sista bilden på innan JOI påbörjas.
Den 10 juli sände Juno-sonden sina första bilder från omloppsbanan efter att ha säkerhetskopierat sin serie av vetenskapliga instrument. Bilderna togs när rymdfarkosten var 4,3 miljoner km (2,7 miljoner mi) från Jupiter och på den utgående delen av dess första 53,5-dagars fångstbana. De färgbild visar atmosfäriska drag på Jupiter, inklusive den berömda stora röda fläcken, och tre av den massiva planetens fyra största månar – Io, Europa och Ganymedes, från vänster till höger i bilden.
Medan uppdragsteamet hade hoppats på att minska Junos omloppstid till 14 dagar, vilket gör det möjligt för den att genomföra totalt 37 perijoves före uppdragets slut. Men på grund av ett fel med sondens heliumventiler försenades avfyrningen. NASA har sedan dess meddelat att den inte kommer att genomföra denna motoravfyrning, och att sonden kommer att genomföra en total perijove totalt före slutet av sitt uppdrag.
Uppdragets slut:
DeJunoUppdraget ska avslutas i februari 2018, efter att ha genomfört 12 omloppsbanor om Jupiter. Vid denna tidpunkt, och med undantag för eventuella uppdragsförlängningar, kommer sonden att avbrytas för att brinna upp i Jupiters yttre atmosfär. Som med Galileorymdskepp , detta är avsett att undvika alla möjligheter till nedslag och biologisk kontaminering med en av Jupiters månar.
Uppdraget leds av JPL och dess främsta utredare är Scott Bolton från Southwest Research Institute. NASA:s Launch Services Program, som ligger vid Kennedy Space Center i Florida, ansvarar för att hantera uppskjutningstjänster för sonden. Juno-uppdraget är en del av New Frontiers-programmet som hanteras av NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala.
När denna artikel skrevs,Junouppdraget är en dag, fyra timmar och femtiofem minuter från dess historiska ankomst med Jupiter. Kolla upp NASA:s Juno-uppdrag sida för att få uppdaterad information om uppdraget, och håll utkik på Universe Today för uppdateringar!
Vi har skrivit många intressanta artiklar om Jupiter här på Universe idag. Här är Juno spränger iväg på Science Trek för att upptäcka Jupiters Genesis , Jupiter Bound Juno tar ett bländande galleri av planetjordsporträtt , Att förstå Junos omloppsbana: en intervju med NASA:s Scott Bolton , NASA:s Juno-sond får tyngdkraftshastighetsförstärkning under Earth Flyby men går in i 'Safe Mode'. .
Astronomiska skådespelare har också relevanta avsnitt om ämnet. Här är Avsnitt 59: Jupiter , och Avsnitt 232: Galileo Spacecraft ,
För mer information, kolla in NASA Juno uppdrag sida och Southwest Research Institutes Juno sida .