Juno skal afsløre Jupiters hemmeligheder

Hvad gemmer den gigantiske planet Jupiter i sit indre? Hvad skjuler sig under de farvestrålende bånd af skyer og den kæmpemæssige storm, der viser sig som en rød plet på overfladen? Har gaskæmpen en klippekerne inderst inde?

Disse spørgsmål er blandt dem, som det amerikanske rumfartøj Juno forhåbentlig vil besvare. Efter at have rejst gennem rummet i fem år når Juno frem til Jupiter natten mellem 4. og 5. juli.

Hvis alt går vel, vil rumfartøjet gå i kredsløb om planeten og sende data hjem helt frem til februar 2018. Til den tid er planen at sende Juno ned mod Jupiter, og missionen får sin ende, når sonden brænder op i Jupiters atmosfære.

I nærkontakt med kæmpen

Juno skal tættere på Jupiter, end noget andet rumfartøj har været det – i hvert fald hvis man ser bort fra den lille Galileo-sonde, som blev sendt ned i Jupiters atmosfære i 1995.

Afstanden til de øverste skyer bliver mindre end 5.000 kilometer, når Juno dykker ned mod Jupiters nordpol.

»Vi kommer rigtig tæt på Jupiter. Det svarer til at gå i omkreds om Jorden i en bane, hvor fartøjet lige snitter trætoppene,« siger professor John Leif Jørgensen fra Institut for Rumforskning og Rumteknologi på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Space).

Han har været involveret i missionen i årevis, for DTU Space har leveret fire stjernekameraer til Juno. Kameraerne tager billeder af stjernerne, og ud fra dem kan rumsondens orientering i rummet bestemmes med meget stor nøjagtighed.

Læs også: Jupiter-rumsonden Juno lægger Solen rekordlangt bag sig

Det er især vigtigt i forhold til de ekstremt følsomme magnetometre, som skal måle styrken og retningen af Jupiters magnetfelt.

Derfor er stjernekameraerne anbragt sammen med magnetometrene helt ude for enden af en af Junos solpaneler. Her kan magnetometrene måle magnetfeltet uden at blive forstyrret af resten af Junos instrumenter, der sidder i midten af fartøjet.

Magnetfelt og tyngdefelt skal måles

Jupiters indre skal afsløres ved hjælp af præcise målinger af magnetfeltet og også af tyngdefeltet omkring planeten.

Ved at følge Junos bane omkring Jupiter ved hjælp af radiosignaler kan forskerne måle små variationer i tyngdekraften, der skyldes en ujævn fordeling af stof i planeten.

Det er altså variationer i magnetfeltet og i tyngdefeltet, der vil fortælle forskerne, hvordan Jupiter er bygget op. For eksempel er de nysgerrige efter at vide, om gaskæmpen, der som Solen næsten udelukkende består af brint og helium, gemmer en fast kerne af klippe i sit allerinderste.

Med data fra Juno kan forskerne udvikle bedre teorier for, hvordan Jupiter opstod og udviklede sig tidligt i Solsystemets historie, og dermed også for, hvordan Jorden og de øvrige planeter kom til at indtage de pladser, de har nu.

Med sin enorme størrelse har Jupiter nemlig haft en helt afgørende betydning for, hvordan Solsystemet er kommet til at se ud. For Jupiter er virkelig gigantisk. Det er Solsystemets suverænt største planet.

Læs også: Astronomer finder Jupiters tvilling ved Sol-lignende stjerne

Den er så stor, at samtlige andre planeter med lethed kunne være i den - rumfanget af gaskæmpen svarer til 1.321 jordkloder. Den har en masse, der er 2,5 gange så stor som de øvrige planeters masser lagt sammen.

Derfor er Jupiter nøglen til forståelsen af Solsystemet, og derfor er Juno-missionen vigtig.

Små og store måner kan blive filmet

Juno er også udstyret med instrumenter, der måler, hvilken slags ladede partikler der farer rundt omkring Jupiter, og hvor hurtigt og i hvilke retninger de bevæger sig, samt instrumenter til måling af polarlys omkring planeten.

Ved hjælp af et mikrobølge-radiometer kan forskerne kan finde spor efter vand og ammoniak hundredvis af kilometer nede i Jupiters atmosfære, og Juno medbringer desuden et kamera, der tager farvebilleder af de øverste skyer.

Stjernekameraerne fra DTU Space får da også andre opgaver end blot at holde rede på, hvordan Juno er orienteret i rummet.

De skal fotografere små måner, der for eksempel kan gemme sig i det tynde ringsystem, som findes omkring Jupiter, og måske kan de også tage billeder af lyn på nattesiden af planeten.

På et tidspunkt kommer Juno ganske tæt på den store måne Europa, og her vil det også være oplagt at forsøge at tage nogle gode billeder. De kan for eksempel bruges i forberedelserne til en senere mission til Jupiters store ismåner.

Rent guld skærmer for strålingen

Men hvis missionen skal blive en succes, skal elektronikken på Juno kunne modstå den uhyre kraftige stråling, der er omkring Jupiter.

Det har været en enorm udfordring for de ingeniører, der har stået for rumfartøjets instrumenter, også for ingeniørerne hos DTU Space:

»Juno skal holde til stråling, der er millioner af gange så kraftig som den, der er om Jorden. Instrumenterne ville blive grillet, hvis vi ikke afskærmede dem. Vi har pakket hvert af de fire stjernekameraer ind i et halvt kg 24 karat guld for at skærme for strålingen,« fortæller John Leif Jørgensen.

Læs også: Hubble-video viser Jupiters røde plet krympe

Guld er rigtig godt til at blokere fra de ladede partikler i strålingen, så elektronikken beskyttes. Men også kameraernes linser skulle specialdesignes til denne mission:

»Almindeligt glas ville hurtigt blive farvet sort af den kraftige stråling. Så vi måtte have fat i særlig kvartsglas, der ikke bliver farvet,« siger John Leif Jørgensen.

Stråling begrænser missionens varighed

I løbet af missionen bliver Juno udsat for stråling svarende til mere end 100 millioner røntgenoptagelser som dem, man får foretaget hos tandlægen.

Derfor er en stor del af Junos specialfremstillede elektronik, herunder den centrale computer, placeret i en solid boks af titanium, der også sætter en effektiv stopper for strålingen.

Den 172 kilogram tunge boks har centimetertykke vægge, som reducerer strålingsniveauet, så det bliver 800 gange mindre end uden for boksen.

Men strålingen vil stadig være så skadelig, at den begrænser missionens varighed til 20 måneder. Længere regner NASA ikke med, at elektronikken kan holde.

Soldrevent fartøj på langfart

Juno får sin energi fra Solen, og det er helt unikt. Tommelfingerreglen for rumsonder er, at skal de længere ud i Solsystemet end Mars, så skal de bruge en anden energikilde end solstrålerne, som simpelthen bliver for svage så langt fra Solen.

Alle tidligere rumsonder på langfart til Jupiter eller endnu længere væk er blevet drevet af radioaktive, termoelektriske generatorer, hvor varmen fra henfaldet af plutonium omdannes til elektricitet.

Men ingeniørerne hos NASA tog udfordringen op og forsynede Juno med tre store solpaneler, hver med en længde på ni meter og med i alt 18.698 meget effektive solceller baseret på silicium og gallium-arsenid.

Hvis Juno var i kredsløb om Jorden, ville solpanelerne kunne forsyne Juno med 14.000 watt, men omkring Jupiter, der er fem gange så langt fra Solen som Jorden, bliver det kun til 530 watt – omkring en tredjedel af, hvad en almindelig kaffemaskine bruger. Det skal være nok til at drive sondens computer, instrumenter og radiosendere.

13. januar i år blev Juno den soldrevne rumsonde, der er nået længst væk fra Solen. På det tidspunkt var den 793 millioner kilometer fra vores lokale stjerne.

I løbet af missionen bliver den maksimale afstand til Solen 820 millioner kilometer.

Juno slår fartrekorden

Når Juno dykker ned mod Jupiter, vil rumfartøjet blive det hurtigste menneskeskabte objekt nogensinde.

Hastigheden kommer over 250.000 kilometer i timen. Men så gælder det om at sætte bremserne i.

Juno skal sætte farten ned for at blive indfanget af Jupiters tyngdekraft og gå i kredsløb om planeten. På det helt rigtige tidspunkt skal Junos raketmotor tændes og brænde i 35 minutter, ellers går missionen i vasken.

Rumfartøjet kommer forhåbentlig ned under de værste strålingsbælter, og til at starte med vil banen om Jupiter blive meget stor og aflang. D

e første par kredsløb vil vare 53,5 døgn hver, men så skal raketmotoren starte igen og bringe Juno i en ny bane om Jupiter, hvor hvert kredsløb kun varer 14 dage.

Her starter den videnskabelige mission for alvor. Men i første omgang handler det om at komme i kredsløb natten til den 5. juni dansk tid.