Юпитер и галилеевы спутники

14 апреля в 09:14:36 по местному времени GFT (12:14:36 UTC) со стартового комплекса ELА-3 (фр., Ensemble de Lancement Ariane 3) Гвианского космического центра CSG (Centre spatial guyanais или Europe’s Spaceport) в Куру (северо-восток Южной Америки) был произведен пуск европейского тяжелого носителя Ariane 5 ECA (полетное задание VA260) с межпланетным комплексом JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) для изучения Юпитера и трех его спутников – Каллисто, Европы и Ганимеда.

Аппарат установлен на ракете

В 10:04 GFT Европейский центр управления космическими полетами ESOC (European Space Operations Centre), расположенный в г. Дармштадт, земля Гессен (Германия), подтвердил прием сигнала от АМС благодаря австралийской станции дальней космической связи New Norcia Station или DSA 1 (Deep Space Antenna 1) (штат Западная Австралия), входящей в наземную сеть слежения за космическими аппаратами ESTRACK (European Space Tracking) Европейского космического агентства ESA (European Space Agency).

Группа управления полетом «доведет» JUICE до системы Юпитера. ESOC, 12.04.2023

В 10:33 GFT были раскрыты солнечные панели JUICE, а это значит, что аппарат начал свой долгий путь к крупнейшей планете Солнечной системы и ее спутникам.

Теперь черед специалистов ESOC проявлять себя! В системе Юпитера задержка сигнала будет доходить до двух часов, поэтому помимо упомянутой австралийской DSA 1 группа управления полетом JUICE, чтобы не вести аппарат «вслепую» (два часа − это немало), а максимально точно, будет рассчитывать на помощь еще двух антенн дальней космической связи Estrack, управляемых дистанционно из ESOC и расположенных в Испании (Cebreros Station или DSA 2) и Аргентине (Malargüe Station/DSA 3).

Логотип проекта

Это был предпоследний старт Ariane 5, так как завершающий четвертьвековую (с 21 октября 1998 г.) историю успешной эксплуатации этого носителя пуск намечен на 21 июня 2023 г. (с французским военным спутником связи Syracuse 4B), но он стал последним, когда Ariane 5 вывела научный аппарат ESA в космическое пространство. Затем, на пусковую арену в конце 2023 г. выйдет Ariane 6, забрав у предшественницы статус основной европейской ракеты-носителя.

Редкостно «сочный» межпланетный проект

Да, давненько не знавало человечество таких проектов…

Согласно инфографике, которую подготовило ESA, межпланетный комплекс JUICE, название которого с английского переводится как «сок», стал лишь третьим орбитальным аппаратом, созданным «космическими» зодчими специально для отправки к Юпитеру и исследования его системы.

Аппараты, изучавшие Юпитер

Первой такой «профильной» АМС стала американская «Галилео» (Galileo), запущенная NASA в 1989 г. и изучавшая с 1995 г. по 2003 г. Юпитер и его луны Ио, Европу, Ганимед, Каллисто и внутренние спутники гиганта, так называемую «группу Амальтеи», включающую саму Амальтею, Метиду, Адрастею и Фиву.

Затем в 2011 г. NASA запустило станцию «Юнона» (Juno), которая с 2016 г. изучает Юпитер, в 2021 г. и 2022 г. пролетела мимо Ганимеда и Европы, а в 2024 г. сблизи увидит Ио.

Наконец, в октябре 2024 г. США хотят доставить в межпланетное пространство АМС Europa Clipper для изучения Европы (с апреля 2030 г.), которая, таким образом даже опередит JUICE, который выйдет на орбиту вокруг Юпитера в июле 2031 г.

Отдельно хотим отметить семь межпланетных аппаратов, совершивших пролет Юпитера:

— 1973 г. «Пионер-10» (Pioneer 10), NASA;

— 1974 г. «Пионер-11» (Pioneer 11), NASA;

— 1979 г. «Вояджер-1» (Voyager 1) и «Вояджер-2», NASA;

— 1992 г. «Улисс» (Ulysses), ESA/NASA;

— 2000 г. «Кассини-Гюйгенс» (Cassini–Huygens), NASA/ESA;

— 2007 г. «Новые Горизонты» (New Horizons), NASA.

Возвращаемся к JUICE. Данный проект был отобран в мае 2012 г. в качестве миссии основного класса L₁европейской программы Cosmic Vision на 2015—2025 гг. Airbus Defence and Space − генерального подрядчика проекта − выбрали в июле 2015 г. Стоимость программы составляет около 1.6 млрд долл.

Характеристики JUICE

Сброс данных на Землю	>1.4 Гбит/сутки
Габариты, м (при раскрытых солнечных панелях)	5.0×16.5×3.5 (85 м²)
Сухая масса при запуске (включая спутниковый адаптер), т	~2.42
Масса топлива, т	~3.65
Масса бортовой аппаратуры, кг	219
Требуемая для ПН мощность, Вт	180
Вырабатываемая источником электроэнергии (панели СБ) мощность, Вт	800
Антенна Ка-диапазона с высоким коэффициентом усиления, м	3.2
Уровень радиации, крад (1000 рад)/мм	240/10
Возможность изменения траектории полета, км/с	2.7
Проектный срок эксплуатации, лет	4

Все приборы юпитерианской АМС можно разделить на три группы:

— дистанционного зондирования: JANUS, MAJIS, UVS, SWI;

— геофизические: GALA, RIME, 3GM;

— исследования на месте (in situ): PEP, J-MAG, RPWI.

Первая группа займется обычной и спектральной съемкой в границах от ультрафиолета до субмиллиметрового диапазона.

Геофизические приборы GALA и RIME будут изучать свойства поверхностного и подповерхностного слоев юпитерианских спутников, а 3GM выступит в роли зонда и проникнет в атмосферу Юпитера и его лун, дабы измерить их гравитационные поля.

Последний комплект приборов необходим для анализа среды частиц, определения характеристик магнитных полей и других исследований.

В дополнение к этим группам можно назвать эксперимент PRIDE ( Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment), в котором будет использоваться наземная радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами для точного определения положения в пространстве JUICE и его скорости.

Если позволительно, сделаем небольшой уклон в сторону Японии. Из десяти научных приборов Ямато (древнее название Японии) изготовила часть аппаратуры для четырех (SWI, RPWI, PEP и GALA), а в разработке JANUS и J-MAG приняла самое активное участие.

Вся остальная «наука», кроме UVS (США), создана европейскими институтами. Однако межпланетный комплекс мог иметь и небольшой, но российский колорит. Одним из элементов SWI должен был стать разрабатывавшийся в МФТИ (Московский физико-технический институт) терагерцовый гетеродинный детектор, должный определять состав подповерхностных вод лун Юпитера. Но после 2014 г. совместные с европейцами работы прекратились. Ученым больно, конечно, но ничего не поделаешь…

Аппаратура JUICE и японский вклад в проект

Приборы			Участие японских исследователей в разработке	JAXA/NICT изготовило часть научной аппаратуры
Название	Расшифровка	Назначение	Участие японских исследователей в разработке	JAXA/NICT изготовило часть научной аппаратуры
JANUS	Jobis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator	Спектральная съемка в видимом диапазоне	Харуяма Джюнити (春山純一), JAXA
MAJIS	Moons And Jupiter Imaging Spectrometer	Спектрометр для съемки Юпитера и его лун в видимом и ИК-диапазонах
SWI	Submillimetre Wave Instrument	Наблюдения в субмиллиметровом диапазоне	Касаи Ясуко (笠井康子), Национальный институт информации и связи NICT (情報通信研究機構)	NICT
UVS	UV Imaging Spectrograph	Спектрометр для съемки в УФ-диапазоне		Разработало NASA
RIME	Radar for Icy Moons Exploration	Радиолокатор для лун
3GM	Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons	Гравитационные исследования Юпитера и лун
RPWI	Radio and Plasma Wave Investigations	Радио- и плазменноволновые исследования	Касаба Ясумаса (笠羽康正), Университет Тохоку (東北大)	Университет Тохоку
PEP	Particle Environment Package	Комплекс изучения плазменной среды	Асамура Кадзуси (浅村和史), JAXA	JAXA
J-MAG	Magnetometer for JUICE	Магнитометр	Мацуока Аяко (松岡彩子), Киотский университет (京都大)
GALA	GAnymede Laser Altimeter	Лазерный высотомер для Ганимеда	Эния Кэйго (塩谷圭吾), JAXA	JAXA

Для JUICE в ходе его восьмилетнего полета до цели специалисты «подготовили» четыре гравитационных маневра: по одному у системы Земля-Луна LEGA (Lunar-Earth gravity assist) и у Венеры и дважды у Земли.

В августе 2024 г. комплекс совершит первый из них, LEGA, для начала пролетев мимо Луны, а через полтора дня – вблизи Земли. В практике межпланетных полетов такой маневр будет осуществлен впервые, но его ценность в том, что такие «виражи» позволят сэкономить изрядное количество бортового топлива. На август 2025 г. назначен гравиманевр у Венеры, и на сентябрь 2026 г. и январь 2029 г. – у Земли.

В июле 2031 г. JUICE будет готов приступить к своим заданиям в системе газового гиганта.

Ледяные «Юпитеры», готовьтесь!

Галилеевы (Galilean moons/Galilean satellites), как их впоследствии назовут, спутники открыл в конце 1609 г.—начале 1610 г. выдающийся итальянский ученый Галилео Галилей. Это были и первые открытые объекты, вращающиеся вокруг другой планеты (не Земли).

Спустя более чем 400 лет полетел JUICE, на котором установили памятную табличку, воспроизводящую несколько страниц труда Галилея Sidereus Nuncius («Звездный вестник», 1610 г.), где он описывает свои наблюдения.

Ио, обозначаемый также как «Юпитер I» (Jupiter I), в программу исследований в конечном счете не попал, хотя изначально планировалось провести его изучение хотя бы дистанционно. А вот Европе («Юпитер II»), Ганимеду («Юпитер III») и Каллисто («Юпитер IV»), под поверхностью которых воды должно быть намного больше, чем в земных океанах, повезло куда больше – они могут рассчитывать на полноценное внимание со стороны JUICE.

Официальный постер проекта

С июля 2031 г. по ноябрь 2034 г. европейский зонд последовательно исследует «Юпитеры II-IV» и их подповерхностные жидкие океаны, «держа в уме», что эти далекие миры могут быть «живыми» свидетелями существования жизни в прошлом или даже настоящем. Другое дело, что внеземная «живность» может быть представлена всего лишь микробами, но это не умаляет интереса к проведению таких изысканий. В любом случае, при положительном результате мы будем знать, что газовый гигант – не помеха для появления простейшей жизни.

JUICE, Юпитер и галилеевы спутники в красных тонах (в представлении художника)

Кроме того JUICE изучит магнитную, экстремальную радиационную и плазменную обстановку на Юпитере, ее взаимодействие с юпитерианскими лунами и саму его систему, которую можно будет взять за образец системы «неудавшейся звезды», то есть газового гиганта.

На Земле Солнце мы считаем лучезарным светилом, но на дальнем от нас краю звездной системы, у Юпитера, сила света будет составлять лишь 3% от той, что достигает нашей планеты, другими словами, будет «согревать» в 25 раз слабее, чем на Земле. Наше дневное светило «светить» там почти не будет.

В таких-то условиях «теплокровный» аппарат будет изучать враждебные человеческой жизнедеятельности хладнокровные миры – планету Юпитер и луны «Юпитеры II-IV».

Более того, никогда раньше межпланетный зонд не «переключался» с орбиты вокруг другой планеты на орбиту вокруг ее спутника… JUICE предстоит сделать это…

В декабре 2034 г. JUICE, как бабочка, «перепорхнет» на орбиту вокруг Ганимеда, чтобы поближе «узнать» самую большую луну Солнечной системы, и станет первым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту вокруг спутника другой планеты. Ганимед интересен тем, что является единственным спутником и вообще одним из трех тел Солнечной системы, что обладают собственным магнитным полем (два другие – Земля и Меркурий).

АМС предстоит «созерцать» безжизненные (а может и нет) ледяные отложения Ганимеда, более тщательно, нежели при близких пролетах лун, ища малейшие признаки жизни.

В сентябре 2035 г., когда запасы топлива для поддержания аппарата на орбите вокруг Ганимеда будут истощены, JUICE упадет на крупнейшую луну Солнечной системы.

The Bringer of Jollity

Есть версия, что пианист, дирижер и голливудский кинокомпозитор Джон Таунер Уильямс (John Towner Williams), при написании известного на весь мир «Имперского марша»/«Темы Дарта Вейдера» (The Imperial March/Darth Vader’s Theme) для фильма «Звёздные войны. Эпизод V: Империя наносит ответный удар» (Star Wars: Episode V – The Empire Strikes Back) 1980 года выпуска, вдохновлялся в том числе одной из частей симфонической сюиты «Планеты» (The Planets) английского композитора Густава Холста (Gustav Holst) под названием «Юпитер, приносящий радость» (Jupiter, the Bringer of Jollity).

Также Уильямс писал музыкальное сопровождение и для других научно-фантастических фильмов о космосе, например, для «Супермена» (Superman: The Movie, 1978) и «Инопланетянина» (E.T. the Extra-Terrestrial, 1982)…

Но это мы отвлеклись… Так вот, под силу ли JUICE раскрыть юпитерианские тайны? И принесут ли они радость?

ESA выделило пять загадок, которые способен решить JUICE:

— что из себя представляют «водные миры» галилеевых лун?

— почему Ганимед такой уникальный?

— существовала ли когда-нибудь/ есть ли сейчас жизнь в системе Юпитера?

— как газовый гигант повлиял на свои луны и наоборот?

— как сформировалась и как функционирует типичная система газового гиганта?

Имея такой разносоставной научный арсенал на борту JUICE должен порадовать нас.

Евгений Рыжков

Источники

https://juice.stp.isas.jaxa.jp/

https://sci.esa.int/web/juice