Основная цель миссии Juno состоит в том, чтобы понять происхождение и эволюцию Юпитера. За плотным облачным покровом Юпитер хранит тайну о фундаментальных процессах и условиях, господствовавших во времена формирования Солнечной системы. В качестве главного примера планеты-гиганта Юпитер может дать критически важные знания для понимания планетных систем, открытых у других звезд.
Своим набором научных инструментов Juno исследует строение Юпитера в поисках твердого ядра, проведет картографирование магнитного поля планеты, измерит количество воды и аммиака в глубоких слоях атмосферы Юпитера, будет вести научное наблюдение аврор планеты.
Juno позволит сделать гигантский шаг вперед в понимании того, как формируются планеты-гиганты, и об их роли в формировании остальной части Солнечной системы.Происхождение и структура Юпитера
Все теории формирования Солнечной системы исходят из коллапса гигантского газопылевого облака, большая часть которого образует протосолнце. Сродни Солнцу Юпитер главным образом состоит из водорода и гелия, поэтому он должен был формироваться рано, взяв большую часть вещества, оставленного после формирования нашей звезды. Однако, как это произошло, остается неясным. Сформировалось ли сначала массивное планетарное ядро, которое после гравитацией захватило весь этот газ, или формирование планеты произошло в результате коллапса нестабильной области внутри туманности? Разница между этими двумя сценариями принципиальна.
Еще более важно то, что строение и роль ледяных планетезималей [или маленьких протопланет] в формировании планет [ставится] под сомнение, а вместе с этим теории происхождения Земли и других планет земной группы. Ледяные планетезимали, вероятно, были носителями таких материалов, как вода и соединения углерода, которые являются основными строительными блоками жизни.
В отличие от Земли, Юпитер благодаря гигантской массе сохранил исходный состав [химических элементов], давая нам путь проследить историю Солнечной системы. Juno измерит количество воды и аммиака в атмосфере Юпитера и определит, есть ли у планеты твердое ядро, прямо решая [вопрос] происхождения этой планеты-гиганта, а в связи с этим и Солнечной системы. Картографируя гравитационные и магнитные поля Юпитера, Juno обнаружит внутреннюю структуру планеты и измерит массу ядра.
Атмосфера
Как глубоко уходят цветные области, пояса и другие детали [атмосферы] – это один из нерешенных фундаментальных вопросов планеты-гиганта. Juno впервые определит глобальную структуру и движения атмосферы ниже верхней границы облаков, картографируя изменения состава атмосферы, температуры, облачности и характера движения вплоть до беспрецедентных глубин.
Магнитосфера
В глубинных слоях атмосферы Юпитера под высоким давлением газообразный водород переходит в жидкое состояние – металлический водород. На столь больших глубинах водород ведет себя как электропроводящий металл, что, как полагают, является источником сильного магнитного поля планеты. Эта сильная магнитная среда создает ярчайшие в Солнечной системе авроры, бросая заряженные частицы вниз в атмосферу планеты. Впервые Juno будет непосредственно регистрировать заряженные частицы и магнитное поле вблизи полюсов Юпитера, одновременно осуществляя наблюдение за аврорами в ультрафиолетовых лучах, вызванными огромным количеством энергии, обрушивающейся на полярные районы. Эти исследования значительно улучшат понимание данного явления, а также подобных магнитных объектов, как, например, молодых звезд с собственными планетными системами.
АППАРАТ
Миссия Juno – это второй космический аппарат, построенный по программе НАСА New Frontiers [Новые рубежи]. Первым стал запущенный в январе 2006 года зонд New Horizons [Новые горизонты], который достигнет Плутона и его спутника Харона в 2015 году. Программа дает возможность осуществить несколько миссий среднего класса, получивших высший приоритет в Обзоре десятилетия по исследованию Солнечной системы, проводимого Комитетом по космическим исследованиям Национального научно-исследовательского совета [США].
Руководит миссией Juno Лаборатория реактивного движения [JPL, Jet Propulsion Laboratory] НАСА. Научный руководитель – доктор Скотт Болтон [Scott Bolton, Юго-западный научно-исследовательский институт]. Строительство аппарата занимается компания Lockheed Martin. Итальянское космическое агентство обеспечивает инфракрасный спектрометр и учувствует научном радио-эксперименте.
Запуск миссии Juno ракетой-носителем Atlas V-551 с мыса Канаверал намечен на август 2011 года, зонд достигнет Юпитера в июле 2016 года. В течение около одного года аппарат сделает 32 оборота вокруг Юпитера [по 11-ти дневным полярным орбитам] с высотой в 4800 километров над верхней границей облаков.
Вращающийся, питаемый солнечными батареями аппарат Juno будет двигаться по высокоэллиптическим полярным орбитам, что позволит избежать большинства областей [вокруг] Юпитера с высоким уровнем радиации. Конструкция отдельных приборов [относительно] проста, миссия не потребовала разработки новых технологий.
Вращение зонда Juno
Подобно зондам серии Pioneer [Пионер] Juno будет вращаться в полете, вращение делает ориентирование космического аппарата очень стабильным и легким для управления. Сразу после запуска, перед раскрытием солнечных батарей, двигатели все еще прикрепленной второй ступени раскрутят Juno. На орбите вокруг Юпитера вращающийся корабль будет охватывать секторы обзора инструментов один раз в оборот. Делая три оборота в минуту, за два часа полета от полюса к полюсу секторы обзора инструментов охватят весь Юпитер 400 раз [по заявлению НАСА].
Солнечная энергия
Орбита Юпитера лежит в пять раз дальше от Солнца, чем орбита Земли, поэтому планета-гигант получает в 25 раз меньше солнечного света, чем Земля, [соответственно меньше плотность потока солнечного излучения на орбите вокруг Юпитера]. Juno станет первым космическим аппаратом с питанием от солнечных батарей, предназначенным для работы на таком большом расстоянии от Солнца, поэтому площадь солнечных батарей, необходимая для генерирования требуемой мощности, достаточно велика. Три панели солнечных батарей [каждая размером 8,86*2,65 метра] простираются от шестиугольной рамы Juno почти на 9 метров, образуя космический аппарат с поперечным размером более чем в 22 метра. Панели солнечных батарей будут освещены солнечными лучами от запуска и до конца миссии непрерывно, исключая несколько минут во время облета Земли. До запуска солнечные батареи будут сложены [«гармошкой»], что позволит аппарату поместиться под обтекателем ракеты-носителя.
Juno использует последние достижения в области солнечной энергетики, солнечные батареи зонда созданы на новых фотоэлементах, которые на 50% более эффективные и радиационно-стойкие, чем доступные космическим миссиям 20 лет назад. Потребности миссии в энергии скромны, научные инструменты требуют полную мощность лишь на 6 часов каждой 11-ти дневной орбиты [в течение периода максимального сближения с планетой]. План миссии позволяет избежать затмения аппарата Юпитером, что минимизирует повреждения радиационным воздействием и позволит произвести все научные измерения, обратив солнечные панели в сторону Солнца. Выбор солнечной энергетики идеален для миссий Juno.
Бункер для электроники
Juno будет избегать областей [вокруг] Юпитера с наивысшим уровнем радиации, подходя к планете в районе северного полюса, двигаясь к южному полюсу на высоте ниже радиационных поясов Юпитера и удаляясь от планеты в районе южного полюса. Для защиты чувствительно электроники космического аппарата, он будет нести первое радиационно-защитное хранилище электроники, эта важная особенность необходима для продолжительного исследования в столь тяжелых радиационных условиях.
