L'intensa radiazione intorno a Giove ha plasmato ogni aspetto della missione di Giunone, in particolare l'orbita di Giunone. I dati mostrano che c'è un divario tra le fasce di radiazione che circondano Giove e le cime delle nuvole di Giove. Giunone dovrà "infilare l'ago" e viaggiare attraverso questo divario, al fine di ridurre al minimo la sua esposizione alle radiazioni e raggiungere i suoi obiettivi scientifici. Alla complessità della missione di Giunone si aggiunge il fatto che il design del veicolo spaziale, gli obiettivi scientifici e i requisiti orbitali si sono modellati a vicenda.
Non ero sicuro con quale domanda iniziare questa intervista: in che modo le condizioni intorno a Giove, in particolare la sua radiazione estrema, hanno modellato l'orbita di Giunone? Oppure, in che modo l'orbita necessaria a Giunone per sopravvivere alle radiazioni estreme di Giove ha modellato gli obiettivi scientifici di Giunone? O, infine, in che modo gli obiettivi scientifici hanno modellato l'orbita di Giunone?
Scott Bolton, investigatore principale della NASA per la missione di Giunone su Giove. Credito di immagine: NASA
Come puoi vedere, la missione di Juno sembra un po 'un nodo gordiano. Sono sicuro che tutte e tre le domande dovevano essere poste e risposte più volte, con le risposte che modellavano le altre domande. Per aiutare a districare questo nodo, ho parlato con Scott Bolton, il principale investigatore della NASA per la missione di Juno. Come responsabile dell'intera missione di Giunone, Scott ha una completa comprensione degli obiettivi scientifici di Giunone, del design di Giunone e del percorso orbitale che Giunone seguirà attorno a Giove.
PER ESEMPIO: Ciao Scott Grazie per aver dedicato del tempo a parlare con me oggi. La radiazione di Giove è un grande pericolo con cui Giunone deve fare i conti, e la volta in titanio di Giunone è progettata per proteggere l'elettronica di Giunone. Ma l'orbita di Giunone è in parte modellata dalle radiazioni intorno a Giove. In che modo la radiazione attorno a Giove ha modellato l'orbita di Giunone?
"... sapevamo che la regione intorno a Giove è davvero cattiva, pericolosa e dura per le radiazioni ..."
SB: Bene, ha limitato le nostre scelte, diciamo. L'orbita di Giunone è stata scelta attraverso una combinazione di opportunità per misurazioni scientifiche, che necessitavano di un certo tipo di geometria o posizione del veicolo spaziale per eseguire, e il fatto che dovevamo evitare il meglio che potevamo nella regione più pericolosa, fondamentalmente, nella sistema solare. Questo ci ha richiesto di essere molto vicini a Giove e di orientamento polare. Superiamo i poli di Giove. E sapevamo che la regione intorno a Giove è davvero brutta, pericolosa e dura per le radiazioni, ma non ci eravamo mai entrati con un veicolo spaziale. Quindi non siamo abbastanza sicuri di quanto sia dura o esattamente come sia modellata. Abbiamo solo alcune idee.
Ma attraverso analogie con la Terra e attraverso la modellazione, siamo stati in grado di trovare un modo per raggiungere gli obiettivi scientifici che desideravamo e rimanere ancora fuori dalle regioni peggiori. Giunone arriva sopra i poli e si immergerà molto vicino a Giove in un modo che crediamo si troverà tra le fasce di radiazione e la stessa atmosfera di Giove.
Sulla Terra c'è una piccola finestra tra le nostre stesse cinture di radiazioni - che non sono così pericolose come quelle di Giove ma sono modellate in modo simile - e l'atmosfera terrestre. C'è un vuoto lì, e abbiamo prove che ci sia un vuoto anche su Giove, e stiamo infilando quell'ago.
PER ESEMPIO: Da dove provengono le prove di quel divario, oltre a guardare semplicemente le cinture Van Allen della Terra? Ci sono state delle osservazioni da parte di uno qualsiasi degli osservatori della NASA che hanno mostrato che ci sarebbe un divario simile attorno a Giove?
SB: Abbiamo usato i radiotelescopi come il VLS (Very Large Array) e altri radiotelescopi in tutto il mondo che possono guardare Giove e ad alcune frequenze stanno vedendo quelli che si chiama radiazione di sincrotrone. Le radiazioni di sincrotrone sono elettroni ad altissima energia che si muovono vicino alla velocità della luce e rilasciano emissioni radio. Lo emettono in una geometria molto specifica basata sulla fisica relativistica. Possiamo vederlo e ci dice qualcosa su come si forma la radiazione e su come viene distribuita la popolazione di elettroni ad alta energia. Viene utilizzato nei modelli e siamo in grado di indicare che dovrebbe esserci un piccolo divario, in parte perché quando guardiamo quella radiazione, sembra che si stacchi mentre si avvicina molto a Giove. Ma abbiamo una risoluzione limitata, quindi mentre c'è un'indicazione che esiste un divario tra Giove e le sue fasce di radiazione, non ci sono prove positive.
PER ESEMPIO: Quindi Giunone stesso sarà la prova positiva che esiste un divario tra Giove e le sue fasce di radiazione?
SB: Sì. E poi abbiamo un'altra misura che ci aiuta a capirlo. La navicella spaziale Galileo che orbitava attorno a Giove a metà degli anni '90 conteneva una sonda che andava nell'atmosfera di Giove per scoprire di cosa fosse fatta. Quella sonda prese alcune misurazioni con alcuni strumenti molto grezzi, quasi come i contatori Geiger, e i dati di quelle misurazioni indicavano un picco di radiazione e quindi un gap vicino a Giove. Questo ci ha dato ulteriori prove dell'esistenza di un vuoto. Sebbene sia un set di dati molto limitato, è coerente con i modelli dei radiotelescopi.
PER ESEMPIO: Devi aver avuto in mente determinati obiettivi scientifici per la missione di Giunone, quindi in che modo questa comprensione delle fasce di radiazione di Giove e l'orbita necessaria per evitarle hanno plasmato gli obiettivi scientifici della missione di Giunone? Ha forzato qualche obiettivo ad essere abbandonato del tutto?
"In effetti, sono stati gli obiettivi scientifici a guidare l'orbita".
SB: No, per niente. In effetti, furono gli obiettivi scientifici a guidare l'orbita. Questo è ciò che ci ha spinto a voler avvicinarci molto. La domanda era: quanto possiamo avvicinarci in modo sicuro e quante volte possiamo orbitare? Quindi direi che ciò che fa la radiazione, non ha cambiato la nostra orbita tanto da limitare il numero di volte che possiamo orbitare. Quindi abbiamo avuto un tempo di vita limitato e, a causa di quel tempo di vita limitato, siamo entrati in un'orbita che ci ha permesso di mappare il pianeta il più rapidamente possibile. Vogliamo volare molto da vicino, in molte diverse lunghezze che sono equidistanti.
Gli obiettivi scientifici e i vincoli delle fasce di radiazione ci hanno detto che Giunone durerà solo così tanto tempo, quindi devi fare la mappa in un periodo di tempo limitato. Quindi c'è un po 'di compromesso. Forse c'era un modo per proteggere Giunone più a lungo con più titanio, più schermature, per durare un po 'più a lungo, ma alla fine diventa così male, che non sono sicuro se lo avremmo protetto più che sarebbe durato più a lungo.
"Se fossi stato in grado di caricare abbastanza carburante a bordo, avrei potuto cambiare l'orbita nel mezzo della missione ..."
PER ESEMPIO: Ritorni decrescenti, immagino?
SB: Giusto. Quindi i limiti dell'ingegneria e le funzionalità di ciò che possiamo lanciare su un razzo sono davvero ciò che ci ha limitato. Se fossi stato in grado di caricare abbastanza carburante a bordo, avrei potuto cambiare l'orbita nel mezzo della missione per permetterci di durare più a lungo. Ciò richiederebbe però un'enorme quantità di carburante. Quello che succede è che quando sei vicino a Giove, non è perfettamente simmetrico, quindi inizia a cambiare la forma dell'orbita di Giunone.
PER ESEMPIO: Quindi dovresti apportare correzioni per mantenere l'orbita?
SB: Sì, ma non possiamo. Non abbiamo abbastanza carburante per fare qualcosa del genere, quindi devi convivere con ciò che Giove fa in orbita. Quindi inizia a girare l'orbita intorno, e ogni volta che arriviamo da Giove inizia a ruotare l'orbita un po 'di più. Lo usiamo un po 'scientificamente, ma la realtà è che è solo qualcosa con cui dobbiamo convivere. Per la prima metà della missione, se le modalità sono corrette, non dovremo occuparci della massima quantità di radiazioni, ma verso la seconda metà della missione inizia a peggiorare. Non possiamo evitare le fasce di radiazione il più possibile all'inizio. Questo è fondamentalmente ciò che limita la vita della missione di Giunone.
PER ESEMPIO: Quindi Giove influenza costantemente l'orbita di Giunone e hai una capacità limitata di affrontarla?
SB: È corretto. È perché Giove non è una sfera perfetta.
PER ESEMPIO: E uno degli obiettivi è mappare la gravità di Giove?
SB: Sì, per scoprire quanto sia esattamente imperfetta una sfera [risate.] E poi imparare da quello su come è la sua struttura interna, e quindi come si è formata.
PER ESEMPIO: Sembra un buon momento per chiedere quale sia la forma dell'orbita di Giunone? Quanto si avvicina a Giove e quanto lontano arriverà durante la sua orbita?
"... siamo fuori vicino alle lune esterne, vicino a Callisto o così."
SB: È un'ellisse, come la maggior parte delle orbite, e il suo punto di avvicinamento più vicino si trova a circa 5.000 km (3100 miglia) sopra le nuvole o giù di lì, e si chiama perijove. Dall'altro lato, siamo fuori vicino alle lune esterne, vicino a Callisto o giù di lì.
PER ESEMPIO: A una certa distanza, quindi.
SB: Sì, è abbastanza lontano. Juno impiegherà circa 14 giorni per completare un'orbita. E poi l'altro orientamento è proprio sopra i poli. Proprio sopra i poli nord e sud. Ma non stiamo entrando in quell'orbita immediatamente. Dobbiamo prima di tutto lanciare i nostri razzi e entriamo in un'orbita molto più grande che impiega circa 53 giorni per girare, e la distanza che andiamo via da Giove è molto più lontana. Nel corso dei primi mesi, abbiamo abbastanza carburante per modificare l'orbita per ottenere ciò che alla fine desideriamo, e ci vogliono alcuni mesi per farlo.
PER ESEMPIO:Quindi Giunone è anche alimentato a energia solare, oltre al suo combustibile per cambiare orbita. Devi rimanere esposto al sole, quindi questo deve essere stato un ulteriore fattore nel progettare la tua orbita?
"... in generale, evitiamo le ombre o le occultazioni di Giove."
SB: Sì, quello era un ulteriore vincolo, nel senso che voglio evitare di andare all'ombra di Giove. Voglio che i pannelli solari vedano sempre il sole. Possiamo passare brevi periodi senza quello, ma in generale evitiamo ombre o occultazioni di Giove.
PER ESEMPIO: È uno dei motivi per cui l'orbita ti porta così lontano da Giove? Per evitare di entrare nell'ombra di Giove?
SB: Si, è esatto. Anche se potresti evitarlo anche se eri così vicino, se orbitassi lateralmente. Non devo andare dietro a Giove, anche se l'orbita era piccola. Ma devi calcolare tutto questo e assicurarti.
PER ESEMPIO: Tutti gli strumenti di Giunone saranno attivi in tutte le sue orbite? Oppure alcune delle orbite sono dedicate a determinati sensori e strumenti?
SB: In generale, tutti gli strumenti sono attivi. Ma abbiamo orbite focalizzate su determinate cose in base ai requisiti di puntamento. Ad esempio, la misurazione della gravità. Quando vogliamo misurare il campo di gravità, dobbiamo assicurarci che l'antenna sia puntata sulla Terra il più possibile. È così che si misura il campo di gravità, si osserva il segnale che Giunone rispedisce sulla Terra, e si misura lo spostamento Doppler del segnale radio e che ti dice come il campo di gravità ha spinto e tirato su Giunone.
Quando non misuriamo il campo di gravità, abbiamo altri strumenti che preferirebbero puntare direttamente su Giove. Possono ancora prendere i dati mentre misuriamo il campo di gravità, ma è meglio se puntano direttamente su Giove. Possiamo tollerarlo perché le matrici solari sono ancora puntate verso il sole, e possiamo ancora rimanere in comunicazione con il veicolo spaziale, non possiamo semplicemente ottenere la misura del campo di gravità completa.
"... alla fine della missione non ci si aspetta che le celle solari si comportino bene come all'inizio."
Quindi abbiamo alcune orbite dedicate a quella geometria. Ovviamente, quando ci dedichiamo a quello che era, potremmo semplicemente spegnere il sistema di gravità se non lo stessimo usando. Ma penso che le nostre stime siano ora che il nostro potere è sufficiente per essere in grado di mantenerle entrambe attive contemporaneamente. Che lo facciamo o no, non è necessario, ma alla fine della missione non ci si aspetta che le celle solari si comportino bene come all'inizio.
PER ESEMPIO: È a causa delle radiazioni? Per lo stesso motivo per cui l'elettronica è sensibile, le celle solari si degraderanno nel tempo?
SB: Giusto. Quindi li abbiamo protetti, ma non sappiamo quanto funzionerà esattamente. Non l'abbiamo nei nostri piani, ma possiamo accontentarci dell'idea che alla fine della missione, se non abbiamo abbastanza potere per far funzionare tutto, possiamo iniziare a chiudere alcuni degli strumenti che hanno fatto la maggior parte della scienza che volevamo che facessero. Possiamo fare una sorta di turno per quali strumenti sono attivi e quali no.
PER ESEMPIO: Quindi questo ti dà una certa flessibilità di missione se la radiazione è più grave di quanto suggerisce la modellazione? Avrai una certa flessibilità per stabilire le priorità verso la fine?
SB: È corretto. In questo momento i nostri modelli suggeriscono che non dovremo farlo, ma siamo in grado di girare quel quadrante se necessario.
PER ESEMPIO: Mi chiedo quale sia la modellazione dettagliata che hai fatto per la radiazione di Giove e la missione di Giunone, e guardando le informazioni disponibili sui siti web della NASA e altre fonti. Si suggerisce che non ci si aspetta che tutti gli strumenti di Juno sopravvivano alle 33 orbite, giusto? Esiste una sorta di scenario migliore per la sopravvivenza dello strumento? Ho letto che JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) e forse Junocam potrebbero durare solo fino all'ottava orbita, e il Radiometro a microonde potrebbe durare solo fino all'orbita 11. È una specie di scenario ottimale? O più nel mezzo del modello stradale che stai seguendo quei numeri di orbita?
SB: Speriamo che sia lo scenario peggiore. Sono progettati per sopravvivere a questo con un fattore di margine 2 di radiazione. Probabilmente è un po 'più grande di un fattore due. Quindi dovrebbero essere in grado di farlo senza problemi. Sarebbe una sorpresa se non durassero così a lungo. La nostra aspettativa è che probabilmente andranno alla fine della missione. Ma non ci conto e non lo richiedo. È venuto dal fatto che un paio di quegli strumenti non hanno i loro dispositivi elettronici all'interno del caveau <titanio>.
PER ESEMPIO: È perché non richiedono tutte e 33 le orbite per compiere la loro missione? Gli strumenti hanno la priorità di essere all'interno della volta in titanio in base a quante orbite necessitano per completare la loro missione?
"Nel caveau con tutta l'elettronica può essere un posto piuttosto caldo, e alcuni strumenti sono un po 'meglio quando fa freddo."
SB: Giusto. È così che abbiamo fatto questa scelta. Avevano ovviamente bisogno di protezione dalle radiazioni di Giove, quindi ci sono piccole scatole attorno a loro, ma non come la volta gigantesca. Ci sono anche altri motivi per cui non sono nel caveau. Ci sono alcuni vantaggi nel trasferirli. Nel caveau con tutta l'elettronica può essere un posto piuttosto caldo, e alcuni strumenti sono un po 'meglio quando fa freddo. Quindi ci sono diversi mestieri che sono andati avanti. Ma l'hai caratterizzato bene nel senso che non siamo tenuti a soddisfare gli obiettivi scientifici per farli durare per tutta la missione. Ma la mia aspettativa è che ci siano benefici se durano più a lungo, quindi abbiamo speranza quando li abbiamo progettati che durino più a lungo.
PER ESEMPIO: Scott, qual è il tuo titolo formale alla NASA?
SB: Ufficialmente si chiama investigatore principale. Quindi sono il principale investigatore della missione Juno. Questo è un titolo ufficiale che significa praticamente qualcosa per le persone della NASA praticamente.
PER ESEMPIO: Quindi sei stato coinvolto nel design della missione fin dall'inizio di Giunone?
SB: O si. In un certo senso ho creato tutto o l'intero processo. Che cosa significa investigatore principale per la persona media sono io il responsabile di Juno. Per qualsiasi cosa associata a Juno, sono responsabile del suo successo. Che si tratti di design, ingegneria, scienza, realizzarlo in tempo, spendere troppi soldi, il programma, tutto quel genere di cose. Un altro modo di dire è che se qualcosa va storto, sono io a essere accusato [risate].
PER ESEMPIO: Beh, penso che molto andrà bene [risate.] Quindi, come me, devi anticipare con impazienza l'arrivo di Giunone a Giove. Qual è la parte più interessante ed eccitante della missione di Giunone, se dovessi scegliere una cosa? Sono sicuro che è quasi impossibile rispondere. E quale potrebbe essere una sorpresa per te? Quando guardiamo l'arrivo di New Horizon a Plutone e le cose sorprendenti che abbiamo trovato lì, o Cassini che trova geyser di ghiaccio, sembra sempre che ci sia una sorpresa che ci aspetta. Cosa pensi che sia più eccitante di Giunone o quale pensi possa essere una scoperta sorprendente?
"... la parte eccitante di Giunone è che stiamo andando in un posto che nessuno ha mai visto prima."
SB: Beh, per definizione di sorpresa, non riesco a indovinare. Nessuna di queste cose poteva essere anticipata, motivo per cui sono state sorprese. Ma sai, la parte eccitante di Giunone è che stiamo andando in un posto che nessuno ha mai visto prima. Faremo misurazioni che non sono mai state fatte. Disponiamo di strumenti che semplicemente non sono mai stati creati prima, figuriamoci nel portarli in questa geometria orbitale unica in cui è possibile effettuare misurazioni speciali. Quindi penso che l'aspettativa di apprendere qualcosa di nuovo che ci sorprenderà sia la parte eccitante.
Cosa impareremo davvero che cambierà le nostre idee su dove siamo venuti e come siamo arrivati qui? Com'è davvero Giove? Ci sono così tanti enigmi a riguardo ed è così importante. Ancora oggi, le cose che abbiamo appreso sul nostro sistema solare e le cose che abbiamo imparato su altri sistemi solari quando siamo stati in grado di iniziare a vedere i pianeti exo, hanno solo reso Giove ancora più importante per noi. Detiene davvero la chiave, e penso che la parte eccitante sia che finalmente apriremo una delle porte a quei segreti. Stiamo contribuendo a rendere il percorso per le future missioni per imparare ancora di più.
L'altra cosa che trovo eccitante è anche se sono quello che viene chiamato il principale investigatore, e se chiedi alla NASA cosa significa e ti dicono che sono responsabile di tutto, la vera verità è che non è una persona. È una squadra enorme che ha reso possibile questo. Ciò ha contribuito a progettarlo, ha creato un modo per farlo, ha compreso i vincoli, ha capito come poteva funzionare, ha capito le tecnologie di cui avevamo bisogno per realizzarlo e che fondamentalmente aveva la visione per crearlo, e aveva capacità di implementarlo e portare quella visione alla realtà. Sono entusiasta di far parte di questa squadra di persone che sta realizzando questo, e che quella squadra è in realtà solo una parte della nostra società e umanità, che sta cercando di capire le cose. Cose come come ci adattiamo alla natura e come funziona l'universo. Sono solo entusiasta di essere parte di qualcosa che sta cercando di fare qualcosa del genere.
PER ESEMPIO: È fantastico e sono completamente d'accordo con le tue parole e penso che sia eccitante per me stesso e per i lettori di Space Magazine. È una missione enorme e non vediamo l'ora di iniziare a ottenere alcuni risultati. E qualche foto. È super eccitante.
SB: Anch'io. [risata]
PER ESEMPIO: Grazie per aver dedicato del tempo a parlare con me oggi Scott. Speriamo di poter parlare di nuovo. So che le persone sono profondamente interessate alla missione di Giunone.
SB: Prego. Buona giornata.
