A Juno űrszonda megkezdte az adatgyűjtést a Jupiternél

Újabb állomásához érkezett a Naprendszer legnagyobb bolygójának megismerése: öt évig tartó naprendszerbeli útja végén 2016. július 4-én a Jupiter körüli pályára állították a Juno űrszondát, amelynek az a fő feladata, hogy a Földről látható felhőrétegeknél mélyebbről gyűjtsön információkat az óriásbolygóról. Így közelebb juthatnak a kutatók annak a kérdésnek a megválaszolásához, hogy hogyan alakultak ki a nagybolygók, amikor hozzávetőleg ötmilliárd évvel ezelőtt a Nap is keletkezett. A Juno vizsgálja majd a bolygó mágneses mezejét, szerkezetét, légköri struktúráját és kémiai összetételét.

A Juno szonda a Jupiternél (illusztráció) Forrás: NASA/JPL-Caltech

Jupiter (Iuppiter) a főisten volt az ókori római mitológiában. Nem véletlen, hogy a csillagászat európai hagyományokon nyugvó fejlődése során a Naprendszer leghatalmasabb bolygóját éppen róla nevezték el. Juno (Iuno Regina, akinek nevét a június hónap is őrzi) Jupiter felesége volt, aki különleges képessége által átlátott a felhőkön, így egyedül ő szerezhetett tudomást a felhőbe burkolózó Jupiter valódi viselkedéséről. Juno és Jupiter immár nemcsak a mitológiában alkotnak egy párt.

Miért fontos számunkra a Jupiter?

A Naprendszerben jelenleg nyolc nagybolygót ismerünk: közülük négy kőzetbolygó (Merkúr, Vénusz, Föld és Mars), négy pedig óriás gázbolygó (Jupiter, Szaturnusz, Uránusz és Neptunusz). A korábban ugyancsak a bolygók közé sorolt Plútót 2006-ban törpebolygóvá „fokozta le” a csillagászok legfőbb testülete, a Nemzetközi Csillagászati Unió.

A naprendszerbeli bolygók közül a Jupiter a legnagyobb. Tömege 318-szor nagyobb, mint a Földé, átmérője pedig mintegy 11-szer. Pontosabban, az egyenlítői átmérője 11,2-szerese, a sarki átmérője pedig 10,5-szerese a Földének, ugyanis a bolygó alakja ellipszoiddá lapult a gyors forgás következtében (a Jupiter 10 óra alatt tesz meg egy fordulatot a tengelye körül).

A Jupiter ötször távolabb kering a Nap körül, mint a Föld, és pályáján – a bolygók mozgását leíró Kepler-törvényeknek megfelelően – közel 12 év alatt végez egy keringést a Naprendszer központi csillaga, a Nap körül.

A csillagászok az utóbbi két évtizedben egyre-másra fedezik fel a más csillagok körül keringő bolygókat (szakkifejezéssel exobolygókat), és azok többsége – legalábbis eddig – a Jupiterhez hasonló óriás gázbolygónak bizonyult. Az viszont teljesen váratlanul érte a szakembereket, hogy ezen óriás exobolygók többsége nagyon közel kering a csillagához, számukra csupán néhány napig tart egy „év”. (A Naprendszerben a legbelső bolygónak, a Merkúrnak is kb. három hónapra van szüksége a Nap egyszeri körbekerüléséhez.) A csillagukhoz való közelség miatt ráadásul az ilyen exobolygók felszíne nagyon forró, több száz fok lehet a hőmérséklete, sőt némelyiké az ezer fokot is meghaladhatja. A csillagászok forró jupitereknek nevezik ezeket a nagyon gyakran előforduló exobolygókat. Számukra jelenleg az a legfontosabb kérdés, hogy miért ennyire tipikus a forró jupiterek léte a csillagok körül. Az is válaszra vár, hogy a mi Napunkhoz tartozó bolygórendszer felépítése miért tér el annyira a közelmúltban általunk megismert exobolygórendszerekétől. A Naprendszerben ugyanis belül keringenek a kőzetbolygók, a gázbolygók pedig kívül, a Naptól jóval távolabb.

A nem szakmabeliek szempontjából pedig az adja a Jupiter fontosságát, hogy külső pályán keringő, nagy tömegű bolygóként védőőrizetet biztosít a belső bolygók számára: gravitációs hatásával egyfajta csőszként begyűjti a Naprendszer peremvidéke felől belülre sodródó üstökösöket és más kisebb-nagyobb anyagtörmelékeket.

A Shoemaker–Levy 9 üstökös Jupiterbe csapódásának nyoma 1994. július 18-án a Hubble-űrtávcsővel készített felvételsorozaton Forrás: NASA/HST, R. Evans, J. Trauger, H. Hammel

Az emberiség kultúrtörténetében is nagy szerepet kapott a Jupiter. Galileo Galilei kezdetleges távcsövével 1609-ben négy holdat fedezett fel, amelyekről megállapította, hogy azok a Jupiter körül keringenek. Ezzel meggyőzően megcáfolta az addig elfogadott geocentrikus világképet: nem minden égi mozgás középpontja a Föld.

Korábbi űrszondák a Jupiternél

A Jupiter űrszondás kutatásának már több mint négy évtizedes múltja van. A szondák többsége „csak” elhaladt a Jupiter mellett, de eközben fontos információkat gyűjtött műszereivel az óriásbolygóról és annak környezetéről.

A NASA Pioneer-programja keretében indított Pioneer–10 1973 decemberében, a Pioneer–11 pedig 1974 decemberében repült el a Jupiter mellett. Ezzel a két szondával készültek az első közelképek a Jupiterről (a bolygótól 34 000 km távolságból).

A Voyager-szondák a többi külső bolygó vizsgálata előtt a Jupiterről végeztek méréseket. A Voyager–1 1979 márciusában, a Voyager–2 pedig 1979 júliusában került legközelebb a Jupiterhez. Ezek a NASA-szondák is nagy felbontású képeket továbbítottak a Földre, és azok alapján már részletesen lehetett vizsgálni a Jupitert borító felhőtakarót, benne az évszázadok óta tartósan jelen levő, Nagy Vörös Folt néven ismert felhőörvénnyel.

A Nagy Vörös Folt nevű felhőörvény évszázadok óta jelen van a Jupiter atmoszférájában, ám a Hubble-űrtávcső felvételei szerint az elmúlt két évtizedben csökkent a mérete Forrás: NASA, ESA, A. Simon

A Voyagerek óta tudjuk, hogy a Jupiter körül is van gyűrűrendszer, ha nem is olyan látványos, mint a Szaturnusz körül. A legmeglepőbb azonban e szonda eredményei közül az volt, hogy aktív vulkánosságot találtak a Galilei által felfedezett Io holdon. Továbbá újabb holdakat is találtak a Jupiter körül – és a kis holdak felfedezése más szondákkal és földi óriástávcsövekkel is folytatódott: ma összesen 67 holdat ismerünk a Jupiter rendszerében.

Az Európai Űrügynökség (ESA) Ulysses szondája 1992 februárjában repült el a Jupiter északi pólusa fölött. Az Ulysses valójában a Nap kutatására szolgált. Hogy mégis a Jupiter felé indították, annak az az egyszerű oka, hogy a szondát így lehetett a legkevesebb üzemanyaggal, vagyis legolcsóbban poláris pályára állítani a Nap körül. A bolygók keringési síkjából, az ekliptikából ugyanis a Jupiter nagy tömege lendítette ki a szondát, hogy aztán a Nap déli pólusa felé vegye az irányt. Űreszközök megfelelő pályára állításánál más esetekben is alkalmazzák ezt a gravitációs lendítésnek (vagy hintamanővernek) nevezett eljárást. Az Ulysses szondán nem volt kamera, de tizenkét más műszere egyikével vizsgálta a Jupiter környezetének mágneses mezejét, amikor arra haladt el.

A NASA Cassini nevű szondájának végcélja a Szaturnusz volt (jelenleg is végzi a „gyűrűs bolygó” vizsgálatát), de a pályáját úgy tervezték, hogy a Szaturnusz felé vezető útján a Jupiter mellett is elhaladjon. A Cassini 2000. december 30-án került legközelebb a Jupiterhez, és a közelség heteiben az addigi legnagyobb felbontású képeket készítette az óriásbolygóról. A felvételeken kivehető legkisebb részletek mérete 60 km. A képek alapján vizsgálni tudták a bolygó atmoszférájának cirkulációját. A Jupiter halvány gyűrűrendszerének fényvisszaverési tulajdonságai alapján pedig arra következtettek, hogy a gyűrűket alkotó apró részecskék szabálytalan alakúak, és valószínűleg mikrometeoritoknak a Jupiter holdjaiba csapódása során kerültek ki a holdak felszínéről.

A legutóbbi villámlátogatást a NASA New Horizons szondája tette a Jupiternél. Ezt az űreszközt 2006 januárjában indították a Plútó és holdjai vizsgálatára, és már annak az évnek a végén vizsgálni kezdte a Jupitert és holdjait (2007. februárban került legközelebb az óriásbolygóhoz).

A Szaturnuszhoz és a Plutóhoz hasonlóan természetesen a Jupiter is megérdemli a huzamos és alapos vizsgálatot. Ezért létezett kifejezetten a Jupiter és rendszerének tanulmányozására szolgáló űrszonda is. Az 1989-ben indított Galileo szonda 1995 decemberében állt pályára a Jupiter körül, és közel 8 éven át vizsgálta a Jupitert és holdrendszerét, majd végül 2003. szeptember 21-én a tervezett módon becsapódott a bolygóba. Az atmoszférán történő áthatolás rövid ideje nem tett lehetővé részletes kutatásokat. Erre a manőverre egyáltalán azért volt szükség, mert ha a Galileo pályán marad, előfordulhatott volna, hogy előbb-utóbb belecsapódik valamelyik holdba, a földi eredetű szennyezéssel pedig jóvátehetetlen károkat okozhatott volna a későbbi kutatások számára. Viszont még a misszió elején a szondáról leválasztottak egy kutatóegységet, ami ejtőernyővel a Jupiter atmoszférájába ereszkedve közel egy órán át vizsgálta annak szerkezetét és összetételét, egészen addig, amíg az egyre növekvő nyomás és hőmérséklet következtében meg nem semmisült. Ekkor derült ki, hogy a Jupiter atmoszférája 90%-ban hidrogénből áll, és orkánszerű szelek fújnak benne, amelyek sebessége néhol a 600 km/órát is meghaladja.

A Galileo szondához köthető eredmények közül érdemes még kiemelni a következőket:

• ammóniafelhők kimutatása a Jupiter atmoszférájában;
• a Jupiter magnetoszférájának részletes vizsgálata a mágneses mező szerkezetének és dinamikájának feltérképezésére;
• az Io holdon tapasztalt vulkanizmus olyan erősnek bizonyult, mint amilyen a Földön lehetett közvetlenül bolygónk kialakulása után;
• az Io és a Jupiter atmoszferikus plazmája bonyolult módon kölcsönhat egymással;
• bebizonyosodott, hogy az Europa hold jeges kérge alatt folyékony vizet tartalmazó óceán létezik;
• az Europa, a Ganymedes és a Callisto holdakat vékony atmoszféra burkolja.

Junóra várva

A korábbi bolygószondák kutatási eredményei ellenére a Jupiter és holdrendszere mindmáig sok szempontból rejtélyes. Az egyik ilyen furcsaság az, hogy maga a Jupiter melegebb, mint amilyennek lennie kellene a Naptól ekkora távolságban, azaz valamilyen belső hőforrás fűti a bolygót. Ennek tisztázásához alaposabban meg kell ismerni a Jupiter belső szerkezetét, különösen a bolygó magját.

A földihez hasonló típusú élet kialakulásának vizsgálata szempontjából fontos, hogy hol és milyen körülmények között található víz. Az Europa jeges felszíne alatti vízóceán beható vizsgálata ezért különösen fontos, és az csak közelről végzett mérésekkel hajtható végre.

A Juno bolygószonda indítása Cape Canaveralból Forrás: NASA/NASA TV/JPL-Caltech

Ezek miatt is nagy várakozás kíséri a 2016. július 4-én a Jupiterhez érkezett Juno szonda működését. A 2011. augusztusi indítás után közel öt évig tartott az út a Jupiterhez. A lassú haladással a NASA jelentősen csökkentette a küldetés költségét. A Juno energiaellátását napelemtáblákkal biztosítják, amelyek összességében 435 W teljesítményre képesek. A Jupiterhez vezető pálya kialakításánál egy alkalommal még a Föld gravitációs lendítő hatását is igénybe vették.

A Juno egyik hatalmas napelemtáblája még a Földön, ellenőrzés közben. Egy kinyitható napelemszárny 8,9 m × 2,7 m méretű Forrás: NASA/JPL-Caltech/KSC

A Jupiterhez érkezett 3,6 tonnás szondát a fékezőhajtóműve segítségével pályára állították a Jupiter körül. Az első két keringése során 53 nap alatt kerüli körbe a bolygót, majd egy pályamódosítást hajtanak végre, amelynek hatására a Juno 14 napos keringési periódusú poláris pályára kerül. A Juno fedélzetén elhelyezett kilencféle műszer, köztük a képalkotó JunoCam kamera, egy magnetométer és különféle hullámhosszakra érzékeny sugárzásmérők mindenesetre már elkezdték az adatok gyűjtését.

A Juno első – még nem tudományos értékű – felvétele a Jupiterről és három nagy holdjáról (balról jobbra: Io, Europa, Callisto) Forrás: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

A Juno mérései alapján a szakemberek igyekeznek minél többet megtudni a Jupiter belsejéről (különösen a magjáról), az atmoszférájáról és a mágneses mezejéről. A Jupiter belső tömegeloszlását a bolygónak a Juno pályájára gyakorolt hatásával térképezik fel a műszer által a Föld irányába kibocsátott rádióhullámok Doppler-eltolódása alapján. A bolygó atmoszférájának mélyebb rétegeit infravörös és mikrohullámú tartományban érzékeny sugárzásmérőkkel kutatják. Azt előre lehet tudni, hogy a JunoCam csak a szonda első hét keringése során lesz üzemképes, utána tönkremegy a Jupiter erős sugárzási és mágneses mezejében. Remélhetőleg még a működési ideje alatt újabb információkhoz jutunk az Európa holdról is, még ha a felszín alatti óceánról nem is készíthet képet. A Juno szonda a NASA tervei szerint 2017 végéig fog működni.

Ajánlott weboldalak

• A Juno szondáról
• A Juno szonda pillanatnyi helyzetéről