Jupiter krijgt bezoek van Juno

De grootste planeet van het zonnestelsel, Jupiter, krijgt weer bezoek. De NASA-sonde Juno is er nu na een reis van vijf jaar bijna gearriveerd. Op 4 juli moet de sonde in een langgerekte baan om de reuzenplaneet komen. Het is dan de tweede keer dat Jupiter langdurig bezoek krijgt van een planeetverkenner.

Door George Beekman

091Juno werd op 5 augustus 2011 vanaf het Kennedy Space Center in Florida gelanceerd met een Atlas V-raket. Hij verwijderde zich eerst van de zon in een wijde baan die hem tot in de planeto.dengordel – tussen Mars en Jupiter – voerde. Daarna snelde de sonde weer terug richting zon, om op 9 oktober 2013 langs de aarde te scheren. Die passage verhoogde zijn snelheid met bijna vier kilometer per seconde en veranderde zijn baan over zo’n hoek dat hij rechtsreeks de oversteek naar Jupiter kon maken. Tijdens deze passage werden alvast enkele instrumenten voor de latere waarnemingen getest en opnamen van de aarde en de maan gemaakt. Als Juno op 4 juli bij Jupiter aankomt, heeft de sonde in totaal een afstand van 2,8 miljard kilometer afgelegd. De hoofdmotor moet de snelheid dan zo sterk verminderen dat Juno in het gravitatieveld van Jupiter gevangen blijft en niet doorvliegt en in de eindeloze ruimte verdwijnt. Juno zal eerst in een zogeheten ‘invangbaan’ (capture orbit) met een omlooptijd van 197 dagen komen. In oktober wordt nogmaals afgeremd en wordt de omlooptijd teruggebracht tot 14 dagen. Vanuit deze baan, de onderzoeksbaan (science orbit), gaat Juno vanaf november zijn waarnemingen aan Jupiter verrichten. De sonde draait dan in een extreem langgerekte baan om de reuzenplaneet. In het meest nabije punt nadert hij het dichte wolkendek van de planeet tot op zo’n 5000 kilometer. Geen enkele ruimtesonde is ooit zo dicht bij de planeet gekomen. Het verste punt van die baan ligt voorbij de baan van Callisto, de buitenste van de vier grote manen van Jupiter die op een afstand van 1,8 miljoen kilometer rond de planeet draait.

Impressie van de ruimtesonde Juno bij Jupiter. (illustratie: NASA/JPL-Caltech)

Juno is in feite al de negende ruimtesonde die een bezoek aan Jupiter brengt, maar pas de tweede die in een baan om de reuzenplaneet moet komen.

Eerdere bezoeken

Juno is in feite al de negende ruimtesonde die een bezoek aan Jupiter brengt, maar pas de tweede die in een baan om de reuzenplaneet moet komen. In 1973 vloog Pioneer 10 langs Jupiter en in 1974 Pioneer 11, beide voor alleen een kortstondige verkenning van de planeet. In 1979 kwamen Voyager 1 en Voyager 2 langs, waarvan nummer 2 vervolgens ook nog langs Saturnus (1981), Uranus (1986) en Neptunus (1989) scheerde. In februari 1992 passeerde de Europese Ulysses, maar die deed dat alleen om het gravitatieveld van Jupiter te benutten om in een wijde baan rond de polen van de zon te kunnen komen.
In december 1995 kwam Galileo als eerste ruimtesonde in een baan om Jupiter. Nadat hij jarenlang de planeet en zijn manen had bestudeerd, werd de sonde in september 2003 doelbewust de atmosfeer van de gasreus ingestuurd en ging daarin smeltend en verdampend ten onder. Tijdens zijn aankomst bij Jupiter was overigens ook al een meegevoerde afdaalsonde de atmosfeer binnengedrongen. Die bleef tijdens zijn tocht door de dampkring bijna een uur lang metingen verrichten, waarna de radioverbinding werd verbroken. In december 2000 vloog het duo Cassini-Huygens langs Jupiter, op weg naar hun hoofddoel Saturnus. Evenals de Voyager 2 en Ulysses gebruikte Cassini het gravitatieveld van Jupiter om zijn snelheid te verhogen en zijn baan zodanig te veranderen dat hij rechtstreeks zijn eindbestemming kon bereiken. Huygens landde in januari 2005 op de grote Saturnusmaan Titan en Cassini zelf is nog steeds actief in een baan rond de beroemde planeet met de ring. In februari 2007 tenslotte werd Jupiter gepasseerd door New Horizons, die hierdoor de oversteek naar Pluto kon maken. En daarna was het dus wachten op Juno.

Negen instrumenten

De 3,9 ton zware Juno is de tweede ruimtesonde in het kader van NASA’s New Frontiers Program. De eerste was de hiervoor genoemde New Horizons. De sonde is ontwikkeld en gebouwd door Lockheed Martin Space Systems in Denver, maar vele instituten wereldwijd hebben onderdelen en com  ponenten voor de sonde geleverd. Het vluchtleidingscentrum bevindt zich in NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californi.. De communicatie met de sonde vindt plaats via de 70 meter grote radioschotel van NASA’s Deep Space Network in Goldstone, eveneens in Californi.. Als Juno in oktober in zijn onderzoeksbaan is gekomen, neemt de sonde Jupiter en zijn omgeving met een negental instrumenten waar. Die instrumenten zijn bedoeld voor onderzoek aan zowel het magnetische veld en het gravitatieveld, als de atmosfeer – inclusief het poollicht – en het inwendige van de planeet. Belangrijke vragen die astronomen willen beantwoorden zijn bijvoorbeeld hoeveel water de atmosfeer bevat, hoe en waar het magnetische veld in het inwendige is verankerd en hoe groot zijn kern van gesteenten en metalen is. Ook verricht Juno nauwkeurige metingen aan het zwaartekrachtsveld van Jupiter, die eveneens uitsluitsel kunnen geven over de inwendige structuur van de planeet. Verder neemt de sonde de opbouw en samenstelling van Jupiters wolkendek nauwkeurig onder de loep. Al deze kennis is onder meer van belang voor het toetsen van de theorie.n waarmee astronomen het ontstaan van Jupiter proberen te verklaren – en indirect ook die van de drie andere reuzenplaneten.

 

090Grootste zonnepanelen in de ruimte

Juno is de eerste ruimtesonde die zijn energie op zo’n grote afstand van de zon nog weet op te wekken met behulp van alleen zonnecellen. Alle eerdere sondes die naar of langs deze planeet vlogen maakten gebruik van zogeheten RTG’s (Radioisotope Thermoelectric Generators ). Dat zijn apparaten waarin met de warmte die vrijkomt tijdens het verval van radioactief plutonium-238 elektriciteit wordt opgewekt. Zowel het wereldwijde tekort aan deze gevaarlijke isotoop als de steeds effici.nter wordende zonnecellen hebben het gebruik van zonnepanelen op zo’n grote afstand van de zon uiteindelijk toch mogelijk gemaakt, zowel in technisch als economisch opzicht. Afgelopen januari werd Juno de verste ruimtesonde die zijn energie uitsluitend van zonnecellen betrekt. Hij verbrak dit record toen van de Europese komeetsonde Rosetta, die in oktober 2012 een afstand van 792 miljoen kilometer van de zon bereikte.

Juno vertrok op 5 augustus 2011 vanaf het Kennedy Space Center in
Florida voor een reis van vijf jaar naar Jupiter. (foto: Patrick H. Corkery)

089

 

In oktober 2013 vloog Juno nog een keer langs de aarde om vaart
te maken voor zijn directe oversteek naar Jupiter. (foto: NASA)


Juno heeft drie zonnepanelen van 9 meter lang en 2,7 meter breed, waarop zich in totaal 18.700 zonnecellen van galliumarsenide bevinden.

Juno heeft drie zonnepanelen van 9 meter lang en 2,7 meter breed, waarop zich in totaal 18.700 zonnecellen van galliumarsenide bevinden. De panelen geven de sonde een totale spanwijdte van twintig meter en zijn daarmee de grootste zonnepanelen die ooit voor een ruimtesonde zijn gebruikt. Bij Jupiter leveren zij een vermogen van 480 watt, maar bij de aarde – die veel dichter bij de zon staat – zou dat ruim 25 maal zoveel zijn. De helft van het vermogen is nodig om de sonde op temperatuur te houden. De zonnepanelen wegen in totaal 340 kilo en houden Juno tijdens zijn aswenteling ook stabiel. Tijdens het waarnemen van Jupiter draait de sonde twee of drie maal per minuut om zijn as, afhankelijk van wat hij aan het doen is.

 

 

De JunoCam
Juno heeft een camera aan boord, de zogeheten JunoCam. Die is – evenals de andere instrumenten – niet ontworpen voor het bestuderen van de manen van Jupiter. Alleen het poollicht en de atmosfeer van de planeet zullen in beeld worden gebracht. De camera heeft een gezichtsveld van maar liefst 58Åã. Doordat Juno om zijn as draait, bestaat een opname uit talloze lijnen die naderhand op de juiste manier worden samengevoegd. Tijdens de dichtste nadering tot de planeet, boven het gebied van de evenaar, zullen details van 15 kilometer per pixel kunnen worden onderscheiden. De camera fotografeert overigens niet alleen voor de wetenschappers, maar ook voor het grote publiek. Dat mag meebeslissen over welke details de moeite waard zijn om te bestuderen en kan naderhand uit de op aarde ontvangen data ook zelf kleurenopnamen samenstellen. Zo hopen de onderzoekers belangstelling voor het Junoproject te wekken, want in tegenstelling tot bij eerdere missies zal een groot deel van de waarnemingen nu uit ‘saaie’ meetdata bestaan.

 

Wie was Juno?
De naam van de ruimtesonde komt uit de Romeinse mythologie. Juno was de godin van het licht en het leven. Zij beschermde en adviseerde de staat en waakte over de vrouw als moeder en echtgenote. Juno was een dochter van Saturnus, de god van de landbouw, en de zuster maar ook de vrouw van de oppergod Jupiter. Die had daarnaast vele minnaressen, bij wie hij vele halfgoden verwekte. Juno was echter – in moderne termen uitgedrukt – ‘ruimdenkend’, want haar relatie met Jupiter werd er niet door verstoord. Misschien wel doordat zij door de wolken heen kon kijken waarmee Jupiter zich hulde om zijn gedrag te verbergen. En zo hopen de huidige Jupiter-onderzoekers natuurlijk dat ook ‘hun’ Juno door het wolkendek van Jupiter heen gaat kijken en de ware aard van de grootste planeet van het zonnestelsel zal doorgronden.

087De reis van Juno naar Jupiter in de jaren 2011-2016. De punten geven de posities van maand tot maand aan. (illustratie: NASA/JPL)

 

Dodelijke stralingsgordels

De stralingsgordels in het magnetische veld van Jupiter zijn vergelijkbaar met de Van Allengordels rond de aarde, maar hebben een intensiteit die vele malen groter is. Deze stralingsgordels, energierijke geladen deeltjes die gevangen zitten in het magneetveld van Jupiter, kunnen de gevoelige elektronica en de zonnepanelen van de sonde ernstig beschadigen. Daarom is de omloopbaan van Juno zo gekozen dat de sonde een zo kort mogelijke tijd in de stralingsgordels vertoeft, veel korter dan Galileo die in het vlak van de evenaar rond Jupiter draaide.

Juno vermijdt de gebieden met hoge stralingsintensiteit door de planeet over de noordpool te naderen en vervolgens verder af te dalen naar een hoogte die lager is dan die van de stralingsgordels. Hij duikt als het ware bij de evenaar onder de stralingsgordels door, om nabij de zuidpool weer naar grotere hoogten te klimmen. Om de gevoelige elektronica nog meer tegen de dodelijke straling te beschermen, is die opgesloten in een dikwandige ‘kluis’ van titanium, de zogeheten Jupiter Radiation Vault. Het is voor het eerst dat zo’n bescherming in de ruimte wordt toegepast. Bovendien is het glaslaagje dat de zonnepanelen tegen de straling moet beschermen tweemaal zo dik als normaal. Ondanks al deze maatregelen verwacht de NASA dat Juno na ongeveer 20 maanden, als hij een stralingsdosis heeft ontvangen die vergelijkbaar is met die van 100 miljoen r.ntgenopnamen, zal bezwijken. Daarom worden de waarnemingen in februari 2018, als Juno in totaal 37 banen om Jupiter heeft beschreven, beeindigd. Vanuit het vluchtleidingscentrum wordt de sonde dan, net als bij Galileo in september 2003, de atmosfeer van Jupiter in gestuurd. Dit om te voorkomen dat hij tegen een van de satellieten van de planeet botst en die met aardse microben ‘vervuilt’. Onder het oppervlak van enkele van de grote manen van Jupiter bevindt zich vermoedelijk vloeibaar water, zodat daar mogelijk leven kan gedijen. Besmetting met aardse levensvormen moet daarom koste wat kost vermeden worden.


 

 

 

 

 

 

 

088

Model van de Jupiterverkenner Juno. Op de ‘arm’ aan het einde
van een van de drie zonnepanelen bevinden zich twee magnetometers.
(illustratie: NASA)


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


085De invangbaan en onderzoeksbanen van Juno ten opzichte van
de stralingsgordels van Jupiter. Deze banen zijn zo gekozen dat
de sonde een zo kort mogelijke tijd in de stralingsgordels vertoeft.
(illustratie: NASA/JPL)

 

 

 




 

Cadeautjes van de aarde

Tijdens deze kamikazevlucht verdwijnt ook de aluminium plaquette die Juno met zich meevoert. Die is gewijd aan Galileo Galilei, de ontdekker van de vier grootste manen van Jupiter: Io, Europa, Ganymedes en Callisto. De plaquette is afkomstig van het Agenzia Spaziale Italiano (ASI), het Italiaanse ruimte-agentschap, en meet 5 bij 7 centimeter. Hij toont een afbeelding van Galilei, plus een tekst die de Italiaanse sterrenkundige in januari 1610 schreef toen hij de grote manen van Jupiter ontdekte. In de sonde bevinden zich ook nog drie Legopoppetjes die Galileo, Jupiter en Juno moeten verbeelden. Ze zijn niet zoals gebruikelijk gemaakt van plastic maar van aluminium, opdat zij beter de barre omstandigheden in de ruimte kunnen doorstaan. De poppetjes maken deel uit van het Bricks in Space-project, een educatief programma in het kader van een samenwerking tussen NASA en de LEGO Group om kinderen voor natuurwetenschap en techniek te interesseren.

086

Poollicht op Jupiter, gefotografeerd op 14 december 2000 door de Hubble Space Telescope. De heldere vlekken en strepen worden veroorzaakt door geladen deeltjes die vanuit de banen van de grote manen naar Jupiter snellen. Juno gaat dit verschijnsel gedetailleerd bestuderen. (foto: ESA/NASA/J.T. Clarke)



 

 

 

 

 

084De aluminium plaquette aan boord van Juno die gewijd is aan
Galileo Galilei, de ontdekker van de vier grote manen van Jupiter.
(foto: NASA/JPL-Caltech/KSC)

 

 

 

 

 

 

 

Een reuzendynamo verstopt in waterstof
Juno is de eerste ruimtesonde die Jupiter in een omloopbaan om de polen van de reuzenplaneet gaat waarnemen. Eerdere ruimtesondes bewogen zich ongeveer in het equatorvlak, waarin ook de manen (en ringen) rond de planeet draaien. De nu gekozen polaire baan is het meest geschikt om het magnetische veld en de magnetosfeer gedetailleerd in kaart te brengen. En dat is van belang omdat Jupiter van alle planeten in het zonnestelsel het krachtigste magnetische veld heeft. Als Juno het laagste punt van zijn omloopbaan passeert, meet hij een magnetische veldsterkte die 20 tot 25 maal zo sterk is als die op aarde.
Juno heeft twee identieke magnetometers, bevestigd op een speciale ‘arm’ aan het einde van een van de drie zonnepanelen. Het zijn er twee, voor het geval er een zou uitvallen of de ruimtesonde zelf een magnetisch veld zou gaan opwekken. De magnetometers meten de sterkte en de richting van het magnetische veld ten opzichte van de draaiende ruimtesonde. Beide magnetometers zijn echter ook voorzien van een kleine sterrencamera, die om de vier seconden een opname van heldere objecten aan de hemel maakt. Die opnamen worden vergeleken met een sterrencatalogus. En zo kan ook de richting van het magnetische veld ten opzichte van Jupiter en de hemelachtergrond worden bepaald.
De aarde wekt zijn magnetische veld op in een buitenkern van vloeibaar metaal, dus diep in het inwendige. Bij Jupiter gebeurt dat relatief minder diep en in waterstof, het gas waaruit negentig procent van deze reuzenplaneet bestaat. Een deel van dit gas bevindt zich als gevolg van de zeer hoge druk in een vorm die het mogelijk maakt om elektriciteit te geleiden. Dichter bij de kern is die druk nog hoger, waardoor het gas veranderd is in een vloeistof die metallische waterstof wordt genoemd. De metingen van Juno kunnen misschien ophelderen waar het magnetische veld van Jupiter wordt opgewekt en hoe de zich daar bevindende ‘dynamo’ werkt.

 

Weersverwachting

Foto van de dag

Tweets over sterrenkunde

Contact

Stip Media

Louise de Colignystraat 15 

1814 JA Alkmaar

+3172 531 49 78

info@zenitonline.nl