Spēcīgais starojums ap Jupiteru ir veidojis visus Juno misijas aspektus, īpaši Juno orbītu. Dati liecina, ka pastāv sprauga starp radiācijas jostām, kas apņem Jupiteru, un Jupitera mākoņu virsotnēm. Juno būs “jāpieliek adata” un jāiet cauri šai spraugai, lai samazinātu tās pakļaušanu starojumam un sasniegtu savus zinātniskos mērķus. Juno misijas sarežģītību papildina fakts, ka kosmosa kuģa dizains, zinātniskie mērķi un orbītas prasības ir savstarpēji veidotas.
Es nebiju pārliecināts, ar kuru jautājumu sākt šo interviju: Kā apstākļi ap Jupiteru, it īpaši tā ekstrēmais starojums, veidoja Juno orbītu? Vai kā Juno zinātnes mērķus veidoja orbītā, kas nepieciešama Juno, lai izdzīvotu Jupitera galējā starojuma dēļ? Vai, visbeidzot, kā zinātnes mērķi veidoja Juno orbītu?
Skots Boltons, NASA galvenais izmeklētājs Juno misijai Jupiteram. Attēlu kredīts: NASA
Kā redzat, Juno misija šķiet mazliet Gordija mezgls. Visi trīs jautājumi, es esmu pārliecināts, bija jāuzdod un jāatbild vairākas reizes, atbildēm veidojot pārējos jautājumus. Lai palīdzētu atvienot šo mezglu, es runāju ar Skotu Boltonu, NASA galveno izmeklētāju Juno misijas jautājumos. Kā personai, kas atbild par visu Juno misiju, Skotam ir pilnīga izpratne par Juno zinātnes mērķiem, Juno dizainu un orbitālo ceļu, ko Juno vedīs ap Jupiteru.
EG: Sveiks, Skots. Paldies, ka veltījāt laiku šodien sarunai ar mani. Jupitera starojums ir liels risks, ar kuru Juno nākas saskarties, un Juno titāna velve ir paredzēta, lai aizsargātu Juno elektroniku. Bet Juno orbītu daļēji veido starojums ap Jupiteru. Kā starojums ap Jupiteru ir veidojis Juno orbītu?
“… Mēs zinājām, ka reģions ap Jupiteru ir patiešām slikts, bīstams un skarbs ar radiāciju…”
SB: Nu, teiksim, tas ierobežoja mūsu izvēli. Juno orbīta tika izvēlēta, apvienojot iespējas veikt zinātniskus mērījumus, kuru veikšanai bija nepieciešama noteikta veida ģeometrija vai kosmosa kuģa atrašanās vieta, un fakts, ka mums pēc iespējas labāk bija jāizvairās no visbīstamākā reģiona, galvenokārt Saules sistēma. Tas prasīja, lai mēs atrastos ļoti tuvu Jupiteram un būt polāriem. Mēs ejam pāri Jupitera stabiem. Un mēs zinājām, ka reģions ap Jupiteru ir patiešām slikts, bīstams un skarbs ar radiāciju, bet mēs nekad arī tur nebijām iebraukuši ar kosmosa kuģi. Tāpēc mēs neesam pārliecināti, cik skarbi tas ir vai cik precīzi tas ir veidots. Mums vienkārši ir dažas idejas.
Bet, izmantojot analoģijas ar Zemi, un modelējot, mēs varējām izdomāt veidu, kā sasniegt vēlamos zinātniskos mērķus un joprojām atrasties ārpus sliktākajiem reģioniem. Juno nāk pāri stabiem un iegremdēsies ļoti tuvu Jupiteram tādā veidā, kā mēs uzskatām, ka tas atradīsies starp starojuma jostām un pašu Jupitera atmosfēru.
Uz Zemes ir niecīgs logs starp mūsu pašu starojuma jostām, kas nav gandrīz tikpat bīstamas kā Jupitera, bet ir veidotas līdzīgi, un Zemes atmosfēru. Tur ir plaisa, un mums ir pierādījumi, ka arī Jupiterā ir plaisa, un mēs to adatu savelkam.
EG: Kur ir iegūti pierādījumi par šo plaisu, izņemot tikai Zemes Van Allena jostu apskatīšanu? Vai bija kādi novērojumi no kādas NASA observatorijas, kas parādītu, ka ap Jupiteru būtu līdzīga plaisa?
SB: Mēs izmantojām radioteleskopus, piemēram, VLS (ļoti lielu masīvu), un citus radioteleskopus visā pasaulē, kas var skatīties uz Jupiteru, un noteiktās frekvencēs viņi redz to, ko sauc par sinhrotrona starojumu. Sinhrotrona starojums ir ļoti augstas enerģijas elektroni, kas pārvietojas gaismas ātruma tuvumā un izdala radio izstarojumu. Viņi to izsniedz ļoti specifiskā ģeometrijā, kuras pamatā ir relativistiskā fizika. Mēs to varam redzēt, un tas mums kaut ko stāsta par to, kā tiek veidots starojums un kā tiek sadalīti augstas enerģijas elektroni. Tas tiek izmantots modeļos, un mēs varam norādīt, ka vajadzētu būt mazliet atstarpei, daļēji tāpēc, ka, aplūkojot šo starojumu, izskatās, ka tas sabojājas, jo nonāk ļoti tuvu Jupiteram. Bet mums ir ierobežota izšķirtspēja, tāpēc, kaut arī ir norādes, ka starp Jupiteru un tā starojuma jostām pastāv plaisa, pozitīva pierādījuma nav.
EG: Tātad Juno pats par sevi būs pozitīvs pierādījums tam, ka starp Jupiteru un tā radiācijas jostām pastāv plaisa?
SB: Jā. Un tad mums ir vēl viens mērījums, kas palīdz mums to saprast. Kosmosa kuģī “Galileo”, kas ap 90. gadu apkārtni riņķoja pa Jupiteru, atradās zonde, kas nonāca Jupitera atmosfērā, lai uzzinātu, no kā tas ir izgatavots. Šī zonde veica dažus mērījumus ar dažiem ļoti neapstrādātiem instrumentiem, gandrīz kā Geigera skaitītājiem, un šo mērījumu dati parādīja starojuma maksimumu un tad spraugu tuvu Jupiteram. Tas mums deva papildu pierādījumus, ka pastāv plaisa. Lai arī tā ir ļoti ierobežota datu kopa, tā atbilst modeļiem no radioteleskopiem.
EG: Jums, domājot par Juno misiju, jums vajadzēja būt prātā noteiktiem zinātnes mērķiem, tad kā šī izpratne par Jupitera radiācijas jostām un orbītā, kas nepieciešama, lai no tām izvairītos, veidoja Juno misijas zinātniskos mērķus? Vai tas piespieda pavisam atmest kādus mērķus?
"Faktiski orbītu galvenokārt vadīja zinātnes mērķi."
SB: Nē, nepavisam. Faktiski orbītu galvenokārt vadīja zinātnes mērķi. Tas ir tas, kas pamudināja mūs vēlēties pietuvoties. Jautājums bija, cik tuvu mēs varam nokļūt, kas ir drošs, un cik reizes mēs varam riņķot? Tāpēc es teiktu, ka tas, ko izstaro radiācija, ir tas, ka tas tik ļoti nemainīja mūsu orbītu, kā ierobežoja orbītas reižu skaitu. Tātad mums bija ierobežots dzīves laiks, un šī ierobežotā dzīves laika dēļ mēs devāmies orbītā, kas ļāva mums pēc iespējas ātrāk plānot planētu. Mēs vēlamies lidot pa to ļoti tuvu, daudzos dažādos garumos, kas atrodas vienmērīgi.
Zinātniskie mērķi un radiācijas jostu ierobežojumi mums teica, ka Juno izturēsies tik ilgi, tāpēc jums ir jāsaņem karte ierobežotā laika posmā. Tātad ir mazliet kompromisa. Varbūt bija veids, kā ilgāk aizsargāt Juno ar lielāku titāna daudzumu, vairāk ekranējošu, lai izturētu mazliet ilgāk, bet beigās tas kļūst tik slikts, ka es neesmu pārliecināts, vai mēs to vairāk aizsargājām, lai tas kalpotu ilgāk.
"Ja es būtu varējis ievietot pietiekami daudz degvielas uz kuģa, es būtu varējis mainīt orbītu misijas vidū ..."
EG: Samazinoties atdevei, es domāju?
SB: Pa labi. Tātad inženierzinātnes ierobežojumi un praktiskās iespējas tam, ko mēs varam palaist uz raķetes, patiešām mūs ierobežoja. Ja es būtu varējis ievietot pietiekami daudz degvielas uz kuģa, es būtu varējis mainīt orbītu misijas vidū, lai ļautu mums ilgāk. Tomēr tas prasītu milzīgu daudzumu degvielas. Notiek tas, ka, kad esat tuvu Jupiteram, tas nav pilnīgi simetrisks, tāpēc tas sāk mainīt Juno orbītas formu.
EG: Tātad jums būs jāveic labojumi, lai saglabātu orbītu?
SB: Jā, bet mēs nevaram. Mums nepietiek degvielas, lai kaut ko tādu izdarītu, tāpēc jums ir jādzīvo ar to, ko Jupiters dara orbītā. Tātad tas sāk savīt orbītu apkārt, un katru reizi, kad mums pienāk kāds Jupiters, tas sāk nedaudz savīt orbītu. Mēs to mazliet zinātniski izmantojam, bet patiesībā tas ir tikai kaut kas, ar ko mums jādzīvo. Misijas pirmajā pusē, ja režīmi ir pareizi, mums nebūs jārisina maksimālais radiācijas daudzums, bet misijas otrajā pusē tas sāk pasliktināties. Mēs nevaram izvairīties no radiācijas jostām tik daudz, cik mēs sākumā varējām. Tas galvenokārt ir tas, kas ierobežo Juno misijas dzīves laiku.
EG: Tātad Jupiters pastāvīgi ietekmē Juno orbītu, un jums ir ierobežotas iespējas tikt ar to galā?
SB: Tas ir pareizi. Tas ir tāpēc, ka Jupiters nav perfekta sfēra.
EG: Un viens no mērķiem ir kartēt Jupitera smagumu?
SB: Jā, lai uzzinātu, cik precīzi tas ir sfēras nepilnīgums [smiekli.] Un tad no tā uzzinātu, kāda ir tās iekšējā struktūra un kā tā veidojās.
EG: Šis šķiet piemērots laiks, lai pajautātu, kāda ir Juno orbītas forma? Cik tuvu Jupiteram tas nonāks, un cik tālu tas nokļūs orbītas laikā?
“… Mēs atrodamies ārējo pavadoņu tuvumā, netālu no Kallisto.”
SB: Tā ir elipse, tāpat kā lielākajā daļā orbītu, un tās tuvākais pieejamais punkts ir apmēram 5000 km (3100 jūdzes) virs mākoņu galotnēm vai apmēram tā, un to sauc par perijovu. No otras puses, mēs atrodamies ārējo pavadoņu tuvumā, netālu no Kallisto.
EG: Tad diezgan tālu.
SB: Jā, tas ir diezgan tālu. Lai izpildītu orbītu, Juno vajadzēs apmēram 14 dienas. Un tad otra orientācija ir tieši virs poliem. Tieši virs ziemeļu un dienvidu poliem. Bet mēs nekavējoties neiekļūstam šajā orbītā. Vispirms mums ir jāšauj savas raķetes, un mēs nokļūstam daudz lielākā orbītā, kuras apkārtbraukšana prasa apmēram 53 dienas, un attālums, kuru mēs ejam prom no Jupitera, ir tik tālu. Pirmajos mēnešos mums ir pietiekami daudz degvielas, lai modificētu orbītu, lai iegūtu to, ko mēs beidzot vēlamies, un tas prasa dažus mēnešus.
EG:Tātad Juno ir arī saules enerģija, izņemot degvielu, lai mainītu savu orbītu. Jums jāpaliek saules pakļautībā, tātad tam bija jābūt kā papildinājumam, veidojot savu orbītu?
“… Kopumā mēs izvairāmies no ēnām vai Jupitera nejaušības.”
SB: Jā, tas bija papildu ierobežojums tādā ziņā, ka es gribu izvairīties no nonākšanas Jupitera ēnā. Es gribu, lai saules paneļi vienmēr redzētu sauli. Mēs bez tā varam iet īsā laika posmā, bet kopumā mēs izvairāmies no ēnām vai Jupitera nejaušības.
EG: Vai tas ir viens no iemesliem, kāpēc orbīta aizved jūs tik tālu no Jupitera? Lai neiedziļinātos Jupitera ēnā?
SB: Jā pareizi. Lai gan jūs varētu no tā izvairīties pat tad, ja bijāt tik tuvu, ja orbitējat uz sāniem. Man nav jāiet aiz Jupitera, pat ja orbīta bija maza. Bet jums tas viss jāaprēķina un jāpārliecinās.
EG: Vai visi Juno instrumenti būs aktīvi visā tā orbītā? Vai arī dažas no orbītām ir paredzētas noteiktiem sensoriem un instrumentiem?
SB: Kopumā visi instrumenti ir aktīvi. Bet mums ir orbītas, kas ir vērstas uz noteiktām lietām, pamatojoties uz norādošajām prasībām. Piemēram, smaguma mērīšana. Kad mēs vēlamies izmērīt gravitācijas lauku, mums jāpārliecinās, ka antena pēc iespējas ir vērsta uz Zemi. Tas ir, kā jūs mēra gravitācijas lauku, vai jūs skatāties signālā, ko Juno sūta atpakaļ uz Zemi, un jūs mēra radio signāla Doplera maiņu, un tas stāsta, kā gravitācijas lauks ir virzījis un velk Juno.
Kad mēs nemērām gravitācijas lauku, mums ir citi instrumenti, kuri labprātāk norādītu tieši uz Jupiteru. Viņi joprojām var ņemt datus, kamēr mēs mēra gravitācijas lauku, taču labāk, ja viņi norāda tieši uz Jupiteru. Mēs to varam pieļaut, jo saules masīvi joprojām ir vērsti uz sauli un mēs joprojām varam uzturēt sakarus ar kosmosa kuģi, tāpēc mēs vienkārši nevaram iegūt pilnu gravitācijas lauka mērījumu.
"... misijas pašās beigās nav sagaidāms, ka saules baterijas darbosies tikpat labi kā tās sākumā."
Tātad mums ir dažas orbītas, kas ir veltītas šai ģeometrijai. Protams, kad mēs tam veltījāmies, tad agrāk mēs varētu vienkārši izslēgt gravitācijas sistēmu, ja mēs to neizmantojām. Bet es domāju, ka mūsu aplēses tagad ir tādas, ka mūsu spēks ir pietiekams, lai mēs varētu saglabāt šos abus vienlaicīgi. Neatkarīgi no tā, vai mēs to darām vai ne, tas nav vajadzīgs, taču misijas pašās beigās nav sagaidāms, ka saules baterijas veiks tikpat labi, kā to dara sākumā.
EG: Vai tas ir starojuma dēļ? Tā paša iemesla dēļ, ka elektronika ir jutīga, laika gaitā saules baterijas noārdīsies?
SB: Tas ir pareizi. Tāpēc mēs viņus aizsargājam, bet nezinām, cik labi tie darbosies. Mums to nav mūsu plānos, bet mēs to varam pielāgot ar domu, ka misijas beigās, ja mums nav pietiekami daudz spēka, lai visu vadītu, mēs varam sākt izslēgt dažus instrumentus, kuriem ir paveikuši lielāko daļu zinātnes, ko mēs viņiem gribējām. Mēs varam kārtot pagriezienus, kuriem instrumentiem ir ieslēgts un kuriem nē.
EG: Tātad, kas dod jums zināmu misijas elastību, ja starojums ir smagāks, nekā liecina modelēšana? Vai jums būs zināma elastība, lai prioritāti noteiktu tuvu beigām?
SB: Tas ir pareizi. Šobrīd mūsu modeļi liek domāt, ka mums tas nav jādara, bet, ja nepieciešams, mēs varam pagriezt šo pogu.
EG: Es brīnos par detalizētu modelēšanu, ko esat paveicis Jupitera starojumam un Juno misijai, un skatos informāciju, kas pieejama NASA vietnēs un citos avotos. Tiek ierosināts, ka visiem Juno instrumentiem nav paredzēts izdzīvot 33 orbītas, vai tā ir? Vai ir kāds no labākajiem gadījumiem instrumenta izdzīvošanai? Esmu lasījis, ka JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) un varbūt Junocam varētu ilgt tikai līdz 8. orbītai, un Mikroviļņu radiometrs varētu ilgt tikai līdz orbītā 11. Vai tas ir labākā gadījuma scenārijs? Vai vairāk ceļa modeļa vidusdaļa, kurā jūs sekojat šiem orbītas numuriem?
SB: Mēs ceram, ka tas ir sliktākais scenārijs. Tie ir izstrādāti, lai to izdzīvotu ar koeficientu 2 starojuma robežu. Tas, iespējams, ir nedaudz lielāks par koeficientu divi. Tāpēc viņiem vajadzētu būt iespējai to izdarīt bez problēmām. Būtu pārsteigums, ja viņi to nedarītu tik ilgi. Mēs sagaidām, ka viņi droši vien nonāks misijas beigās. Bet es to neuzskatu, un es to arī neprasu. Tas radās tāpēc, ka dažiem no šiem instrumentiem nav elektronikas <titanium> velvē.
EG: Vai tas ir tāpēc, ka viņiem nav nepieciešami visi 33 orbītas, lai izpildītu savu misiju? Vai instrumenti tiek uzskatīti par prioritāriem, lai tie atrastos titāna velvē, pamatojoties uz to, cik orbītām tie nepieciešami, lai izpildītu savu misiju?
“Visā elektronikas glabātuvē var būt diezgan silta vieta, un daži instrumenti ir nedaudz labāk, ja auksts.”
SB: Tas ir pareizi. Tā mēs izdarījām šo izvēli. Viņiem acīmredzami bija nepieciešama zināma aizsardzība no Jupitera starojuma, tāpēc ap tiem ir maz kastu, bet ne tā kā milzu velve. Ir arī daži citi iemesli, kāpēc viņi neatrodas velvē. To pārvietošanai ir dažas priekšrocības. Klēpī ar visu elektroniku var atrasties diezgan silta vieta, un daži instrumenti nedaudz labāk darbojas, kad ir auksts. Tātad ir turpinājušies dažādi darījumi. Bet jūs to labi raksturojāt tādā nozīmē, ka mums nav vajadzīgs zinātnes mērķu sasniegšana, lai tie ilgst visu misiju. Bet es ceru, ka ir ieguvumi, ja tie kalpos ilgāk, tāpēc, izstrādājot tos, mēs ceram, ka tie kalpos ilgāk.
EG: Skots, kāds ir tavs oficiālais nosaukums NASA?
SB: Oficiāli to sauc par galveno izmeklētāju. Es esmu Juno misijas galvenais izmeklētājs. Tas ir oficiālais nosaukums, kas NASA cilvēkiem tikai kaut ko nozīmē.
EG: Tātad jūs esat piedalījies misijas veidošanā jau no Juno sākuma?
SB: Ak jā. Es veida esmu izveidojis visu lietu vai visu procesu. Tas, ko galvenais izmeklētājs nozīmē vidusmēra cilvēkam, esmu atbildīgs par Juno. Par jebko un visu, kas saistīts ar Juno, es esmu atbildīgs par tā panākumiem. Neatkarīgi no tā, vai tas ir dizains, inženierzinātne, zinātne, būvējot to laikā, iztērējot pārāk daudz naudas, grafiks un visa tā veida lietas. Vēl viens veids, kā to pateikt, ir tas, ka, ja kaut kas noiet greizi, es esmu tas, kurš tiek vainots [smiekli.]
EG: Es domāju, ka liela daļa no tā notiks pareizi [smiekli.] Tātad, tāpat kā es, jums diezgan ar nepacietību jāparedz Juno ierašanās Jupiterā. Kāda ir visinteresantākā un aizraujošākā Juno misijas daļa, ja jums vajadzēja izvēlēties vienu lietu? Esmu pārliecināts, ka uz to gandrīz nav iespējams atbildēt. Un kas jums varētu būt pārsteigums? Kad mēs skatāmies uz New Horizon ierašanos Plutonā un pārsteidzošajām lietām, kuras mēs tur atradām, vai Cassini, atrodot ledus geizerus, vienmēr vienmēr mūs sagaida pārsteigums. Kas, jūsuprāt, visvairāk aizrauj Juno, vai kāds, jūsuprāt, varētu būt pārsteidzošs atradums?
“… Juno aizraujošā daļa ir tā, ka mēs dodamies kaut kur tālu prom, līdz tam nekad neviens nav devies.”
SB: Pēc pārsteiguma definīcijas es nevaru uzminēt. Nevienu no šīm lietām nevarēja paredzēt, tāpēc tie bija pārsteigumi. Bet jūs zināt, ka Juno aizraujošā daļa ir tā, ka mēs ejam kaut kur, kur vēl nekad neviens nav devies. Mēs veiksim mērījumus, kas nekad nav veikti. Mums ir instrumenti, kas nekad vēl nekad nav izveidoti, nemaz nerunājot par to nonākšanu šajā unikālajā orbītas ģeometrijā, kur jūs varat veikt īpašus mērījumus. Tāpēc es domāju, ka aizraujoša ir gaidīšana apgūt kaut ko pavisam jaunu, kas mūs pārsteigs.
Ko mēs patiesībā uzzināsim, kas mainīs mūsu idejas par to, kur mēs nonācām un kā mēs šeit nonācām? Kāds ir Jupiters? Par to ir tik daudz mīklu, un tas ir tik svarīgi. Pat šodien lietas, ko esam iemācījušies par savu Saules sistēmu, un lietas, ko esam uzzinājuši par citām Saules sistēmām, kad esam spējuši sākt redzēt eksoplanetes, ir padarījuši Jupiteru tikai vēl svarīgāku mums. Tam tiešām ir atslēga, un es domāju, ka aizraujošā ir tā, ka mēs beidzot atvērsim durvis uz šiem noslēpumiem. Mēs palīdzam veidot ceļu nākamajām misijām, lai uzzinātu vēl vairāk.
Otra lieta, kas man šķiet aizraujoša, kaut arī esmu tas, ko sauc par galveno izmeklētāju, un, ja jūs jautājat NASA, ko tas nozīmē, un viņi jums saka, ka esmu atbildīgs par visu, patiesība ir tāda, ka tā nav viena persona. To paveica milzīga komanda. Tas palīdzēja to noformēt, radīja veidu, kā to izdarīt, saprata ierobežojumus, saprata, kā tas var darboties, izdomāja tehnoloģijas, kas mums vajadzīgas, lai tā notiktu, un kurai principā bija vīzija to izveidot, un tai bija spēja to īstenot un ieviest šo redzējumu realitātē. Esmu sajūsmā, ka esmu daļa no šīs cilvēku komandas, kas to realizē, un ka šī komanda faktiski ir tikai daļa no mūsu sabiedrības un cilvēces, kura cenšas izdomāt lietas. Tādas lietas kā, kā mēs iederamies dabā un kā darbojas Visums. Es parasti priecājos būt daļa no kaut kā, kas mēģina kaut ko darīt.
EG: Tas ir satriecoši, un es pilnībā piekrītu jūsu vārdiem, un es domāju, ka tas ir aizraujoši gan man pašam, gan Space Magazine lasītājiem. Tā ir milzīga misija, un mēs nevaram gaidīt, kad sāksim atgriezties kādus rezultātus. Un kaut kāda bilde. Tas ir ļoti aizraujoši.
SB: ES arī. [smiekli]
EG: Paldies, ka veltījāt laiku, lai šodien runātu ar mani Skots. Cerams, ka mēs atkal varēsim sarunāties. Es zinu, ka cilvēkus ļoti interesē Juno misija.
SB: Nav par ko. Lai tev jauka diena.
