Rola Polski w misji JUICE. "Otworem stanęły dla nas największe programy"

13 kwietnia w kierunku Jowisza ma wystartować jedna z największych misji Europejskiej Agencji Kosmicznej - Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE). Ma ona dostarczyć szczegółowych informacji o trzech dużych księżycach - Kallisto, Europie i Ganimedesie, o całym jowiszowym systemie. Na tej podstawie będziemy mogli zrozumieć, jak powstał Układ Słoneczny i inne układy planetarne. O misji, jej celach oraz pracach polskich specjalistów opowiadali prof. dr hab. Hanna Rothkaehl, kierowniczka Zakładu Fizyki Plazmy Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN) oraz mgr inż. Konrad Skup z Laboratorium Satelitarnych Aplikacji Układów FPGA (Field Programmable Gate Array) CBK PAN.

Program specjalny i transmisja startu misji JUICE od godziny 14.00 w TVN24 BIS i TVN24 GO.

>>> Czytaj dalej: Misja JUICE. Dziś Europa wyśle w kierunku Jowisza swoją sondę

Prof. dr hab. Hanna Rothkaehl kierowała polską grupą uczestniczącą w pracach nad jednym z kluczowych instrumentów badawczych sondy - RPWI (Radio & Plasma Wave Investigation - instrument do odbioru fal radiowych i plazmowych). Z kolei mgr inż. Konrad Skup jest kierownikiem wykonawczym polskiego projektu będącego częścią prac nad SWI (Sub-millimeter Wave Instrument).

Jak zauważyła Rothkaehl, misja JUICE to prawdziwy przełom.

- System Jowisza przypomina mały układ planetarny. Jego badanie dostarczy więc wielu informacji o tym, jak działają i powstają systemy planetarne, w tym Układ Słoneczny. Będziemy między innymi badać zjawiska elektromagnetyczne, na przykład oddziaływanie magnetyczne płaszcza Jowisza chroniącego cały układ przed promieniowaniem słonecznym - opowiadała. Według badaczki bardzo ważne jest również zbadanie jego księżyców. - Kiedyś sądzono, że są to proste, skaliste twory bez wewnętrznej struktury. Okazuje się jednak, że mają złożoną budowę - posiadają wulkany, struktury lodowe, potężne termiczne źródła cieczy, ukryte wodne oceany. Sonda będzie zdalnie badała między innymi właśnie te oceany, a także atmosfery, jonosfery, magnetosfery księżyców - dodała.

Skup wspomniał, że każdy z księżyców Jowisza, który został wybrany jako cel misji, ma swoje cechy charakterystyczne, a jednocześnie jest bardzo tajemniczy. - Europa to księżyc pokryty grubą warstwą lodu o grubości kilkuset metrów, być może kilku kilometrów. Pod powierzchnią tego lodu znajduje się woda. Czy w tej wodzie może być życie? Być może gejzery, które wydobywają się z jego powierzchni, pomogą nam udzielić odpowiedzi na to pytanie. Ganimedes to największy w Układzie Słonecznym księżyc, większy od planety Merkury. Na jego powierzchni znajdują się lodowce, a pod nimi być może rzeki, morza lub oceany, podobnie jak na Grenlandii. Pozostała część jego powierzchni to skały. Pytanie z czego się składają? Na koniec Kallisto, bardzo ciemny księżyc, ale jednocześnie piękny. Dlaczego jego powierzchnia jest właśnie ciemna? Skąd się wzięła i z czego się składa? Czy jest to węgiel, czy jakaś inna substancja chemiczna? I na koniec, dlaczego te wszystkie księżyce są od siebie tak dramatycznie różne pomimo, że okrążają tę samą planetę? - mówił.

Duża część misji ma być poświęcona dokładnemu zbadaniu Ganimedesa. Plany zakładają nawet wejście na jego orbitę. Jak wyjaśniła Rothkaehl jest szczególnie ciekawym obiektem do badań, gdyż prawdopodobnie ma płynne jądro, magnetosferę, jonosferę, atmosferę, a wokół niego powstają prądy przyspieszające cząstki, w tym ogromne ilości pyłu. - To także ważna informacja, które powie nam wiele o tym, jak działa nasz Układ Słoneczny oraz lepiej zrozumiemy procesy fizyczne zachodzące na Słońcu i innych gwiazdach. Ganimedes to jednocześnie największy księżyc Układu Słonecznego. Obecnie planowana jest eksploracja Księżyca, następnym przystankiem ludzkości będzie Mars. Jednak później bazy pozwalające na eksplorację jeszcze dalszej przestrzeni prawdopodobnie będą powstawały właśnie na Ganimedesie - powiedziała.

Zespół naukowców, w których skład wchodzili zarówno Rothkaehl, jak i Skup pracował nad instrumentem o nazwie Radio & Plasma Wave Investigation. Jego zadaniem będzie badanie pola elektromagnetycznego pyłu, który otacza poszczególne księżyce. Dzięki pomiarom, badacze mają nadzieję dowiedzieć się więcej na temat powierzchni planety, właściwości oceanów, a także odkrycie tajemnic poszczególnych jonosfer, atmosfer i magnetosfer. Urządzenie może wykrywać "ewentualne związki chemiczne związane z życiem, obecne na przykład w atmosferze któregoś księżyca". Jak wspomniała Rothkaehl, szczególnie dokładnie ma zostać zbadany Ganimedes. Będzie to ostatni punkt misji, gdyż ma się na nim rozbić. - Z tego powodu musi przejść przez procedury i testy związane ze sterylizacją. Chodzi o wykluczenie zagrożenia, że docelowy obiekt zostanie "zakażony" ziemskimi formami życia - powiedziała.

Praca nad instrumentem nie była łatwym zadaniem.

- Najpierw dla całej misji zakłada się cele badawcze, potem opracowuje program, jak te cele zrealizować, z uwzględnieniem parametrów fizycznych środowiska. Do tego oblicza się orbitę, ilość niezbędnego paliwa. Jeśli chodzi o nasz przyrząd, najpierw musieliśmy określić cele pomiarów, sposoby ich prowadzenia, kodowania danych. Budowaliśmy kolejne modele instrumentu i je testowaliśmy, najpierw na Ziemi, potem na pokładzie satelity. Trzeba wyeliminować wszelkie zakłócenia i mieć ponad 100-procentową gwarancję bezawaryjności. Jeśli coś się zepsuje w czasie misji, nie będzie jak tego naprawić, a do Jowisza sonda będzie leciała ponad 7,5 roku. Co więcej, przejdzie przez wiele asyst grawitacyjnych i w pobliżu Wenus może osiągnąć temperaturę 300 stopni Celsjusza, a w innym miejscu -200 stopni. To nie wszystko - w układzie Jowisza panuje potężne promieniowanie, więc wszystkie pokładowe systemy trzeba przed nim zabezpieczyć - opowiadała badaczka. Wspomniała, że najtrudniejszą częścią było skorelowanie działania wszystkich układów i wyeliminować wszystko, co mogłoby je zakłócać. W niektórych przypadkach testy trwały kilka lat. Nad całym układem pracowano aż dekadę.

Drugim urządzeniem, które powstało w CBK, jest tak zwany SWI (Sub-millimeter Wave Instrument - instrument do obserwacji w zakresie fal submilimetrowych). Został stworzony przy wsparciu ekspertów z Niemieckiej Agencji Kosmicznej. Jest to radar, który będzie prowadził badania z użyciem fal milimetrowych. - Dzięki niemu dowiemy się, z czego składa się atmosfera Jowisza, czy w gejzerach Europy znajdują się cząsteczki organiczne, wskazujące, że pod jego powierzchnią jest życie i poznamy, z czego zbudowane są lodowce na powierzchni Ganimedesa. Instrument uchyli też rąbka tajemnicy dotyczącej składu powierzchniowego księżyców Jowisza, przy odrobinie szczęścia ujawniając, czym jest tajemnicza ciemna substancja na powierzchni Kallisto. Z całą pewności zaskoczy nas też kilkoma innymi odkryciami - wyjaśnił Skup.

Polska część zespołu była odpowiedzialna za zaprojektowanie, wykonanie i przetestowanie trzech podsystemów: komputera pokładowego dla instrumentu, systemu zasilania pokładowego dla instrumentu oraz radiatora, czyli - jak wyjaśnił naukowiec - "specjalnej płyty wielkości tarczy rycerskiej, umieszczonej na zewnątrz satelity i mającej na celu wypromieniowanie ciepła generowanego przez instrument, tak aby detektory pracowały w możliwie niskiej temperaturze"

- Projekt był niewątpliwie trudny. Z jednej strony SWI jest jednym z największych instrumentów na pokładzie JUICE, skomplikowanym, w którym powierzono nam zadania wykonania równie złożonych podsystemów. Niektóre z rozwiązań wykorzystaliśmy z naszych wcześniejszych projektów, takich jak STIX w ramach misji Solar Orbiter, czy Cassis na pokładzie ExoMars. Do innych musieliśmy dojść całkowicie od zera - dodał Skup.

Oboje badaczy zgodziło się, że rola Polski w badaniach kosmosu jest nieoceniona. JUICE jest tylko kolejnym krokiem do nowych programów.

- Współpracując z ESA, trzeba się najpierw sprawdzić w mniejszych projektach, tak aby zyskać zaufanie i móc starać się o udział w większych programach i o większą odpowiedzialność. Wcześniej mieliśmy już pewną renomę - nasze instrumenty były wysyłane w kosmos już w latach 80. XX wieku, ale teraz otworem stanęły dla nas największe programy - powiedziała badaczka. - Wchodzimy obecnie na poziom, kiedy przestajemy być już tylko podwykonawcami, tylko zaczynamy odgrywać role koordynatorów i głównych wykonawców. Możliwe, że Polacy kiedyś będą mieli jeszcze większe znaczenie - na przykład będą kierowali całą misją. Weszliśmy już do superligi, w której się liczymy - podsumowała.