Právě v těchto dnech v Evropě vzniká složitá planetární sonda JUICE (šťáva), která by se už na jaře roku 2022 mohla vydat na svou pouť k Jupiteru, kde se zaměří především na tři ledové měsíce Europu, Ganymedes a Callisto. Tyto měsíce lákají některé vědce už opravdu dlouho. Stačí si vzpomenout na americko/evropský projekt EJSM/Laplace (Europa Jupiter System Mission – Laplace) či plánovanou americkou misi JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter). Tyto programy však bohužel doplatily na škrty v rozpočtech. Na sondu JUICE snad čeká lepší osud, protože její realizace je tentokrát mnohem více reálná a je už téměř „za dveřmi“. Proč si však Evropa vybrala zrovna Jupiter za svůj další cíl? A jaké ambice má vlastně tato mise?

Proč zrovna Jupiter?

Jupiter je jednou z nejlépe prozkoumaných planet Sluneční soustavy. Dnes už například víme, že kolem tohoto plynného giganta obíhá nejméně 69 měsíců nebo také to, že má slabé prstence, které jsou ze Země téměř neviditelné. Zkrátka víme toho celkem dost na to, abychom chápali, jak moc důležitý je hloubkový průzkum Jupiterova systému, kde každý nový objev může například pomoci rozluštit největší hádanky lidstva – jak vzniká život nebo existuje vůbec život mimozemský?

Na tyto otázky sice v současnosti nemáme přesvědčivé odpovědi, jednu věc však víme jistě. Život na Zemi by nebyl takový, jaký jej známe dnes, kdybychom ve sluneční soustavě neměli Jupiter.  Jupiter totiž společně se Sluncem přispěl svým gravitačním působením k formování celé sluneční soustavy a za její uspořádání tak částečně vděčíme právě této obří planetě.  Dokonce se spekuluje, že by Jupiter mohl mít na svědomí i tzv. pozdní velké bombardování a teď si na chvilku představme, co všechno například ještě nevíme?

Kolem Jupitera přitom prolétlo již poměrně velké množství vesmírných sond a tento četný zájem o Jupiter není v žádném případě náhodný. Jupiterovu gravitaci lze totiž využít pro gravitační manévry vesmírných sond mířících do vzdálených oblastí Sluneční soustavy a tím výrazně ušetřit množství energie potřebné k dosažení cílových destinací. Tomuto manévru se jinak říká gravitační prak a lze ho samozřejmě využít i u všech ostatních planet.

První automatická sonda, která navštívila Jupiter už v roce 1973, byla sonda Pioneer 10, kterou následoval její „bratr“ Pioneer 11 a dále pak následovaly sondy Voyager1 a 2, sonda Ulysses nebo Cassini a nesmíme samozřejmě zapomenout ani na New Horizons. Je dobře patrné, že Jupiter nám svou přítomností doslova umožňuje prozkoumávat sluneční soustavu v dostupném časovém rozpětí. Jak fantastické to ve skutečnosti je, zjistíme, až když si uvědomíme, že ještě v 17. století trvala jedna objevitelská plavba z Evropy přes širé oceány celé roky. Dnes jsou přibližně za stejnou dobu naši robotičtí vyslanci ze Země schopni dorazit k soustavě Jupitera. Ještě fantastičtější je však fakt, že pokud bychom porovnaly prostředky a možnosti obou společnosti, tak vyslat obří plachetnici na daleký východ stálo víc peněz a úsilí, než v dnešní době stojí vyslat kosmickou sondu k mnohem vzdálenějším planetám.

Vraťme se ale k Jupiteru. Ten totiž, krom již jmenovaných sond, navštívily další dva zajímavé stroje, které se dokonce dočasně „zabydlely“ na jeho oběžné dráze.  První strojem byla sonda Galileo, která obíhala kolem planety Jupiter celých 7 let a to i přesto, že se potýkala s množstvím problémů. Druhou úspěšnou sondou je doposud aktivní sonda Juno, která Jupiter obíhá po polární dráze a zkoumá planetu především v oblasti pólů.

Všechny tyto výjimečné mise ve skutečnosti nějakým způsobem po odkrývají „Jupiterova tajemství“ a zároveň některá tajemství naopak ještě více prohlubují. A právě na jedno takové velké tajemství bude cílit evropská sonda JUICE. Pokusí se totiž odpovědět na otázku ohledně výskytu potencionálního života mimo naší planetu. Někteří vědci totiž pevně věří, že právě některé ledové měsíce kolem planety Jupiter by mohli mít vhodné podmínky pro život. Na taková tvrzení však potřebujeme pádné důkazy a právě ty se sonda JUICE pokusí najít.

Cíl mise JUICE

Již název sondy JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) odkazuje k cíli celé mise, tedy k průzkumu ledových měsíců kolem planety Jupiter. Sonda se zaměří především na tři Galileovy měsíce. Jmenovitě na Europu, Ganymed a Callisto. Jak už bylo řečeno, tyto ledové světy mají pod svým ledovým povrchem nejspíše kapalnou vodu a možná také život, ale kdo ví? Sonda by nám například měla být schopna prozradit hodně o vlastnostech ledové krusty těchto měsíců a v některých případech by mohl radar na palubě proniknout dokonce pod tuto vrstvu.

Program průzkumu ledových světů Jupitera v režii ESA byl přitom v Evropě oficiálně schválen už v roce 2012 a od té doby je právě tato mise vlajkovou lodí budoucího evropského průzkumu v oblasti kosmu (program Cosmic Vision 2015-2025). Přesto až v roce 2015 byl vybrán hlavní kontraktor, kterým se stala společnost Airbus Defence and Space a společnost dostala poměrně těžký úkol. Vždyť navrhnout a postavit planetární sondu na průzkum ledových světu okolo planety Jupiter rozhodně není jen tak, protože Evropa v planetárním průzkumu Sluneční soustavy ve vlastní režii nemá zas tolik zkušeností.

ESA se rozhodla použít pro zajištění elektrické energie na palubě sondy solární panely, což vzhledem ke vzdálenosti od slunce není úplně běžná praxe. Plocha solárních panelů bude opravdu velká. Předpokládá se konstrukce dvou rozložitelných solárních „křídel“. Každé křídlo bude mít pět panelů a celková plocha bude téměř 100 m². Panely budou schopny dodávat až 820 W po celou dobu trvání mise. Mimoto ponese JUICE na palubě deset vědeckých přístrojů včetně kamer a speciálního radaru, který dokáže nahlédnout pod ledovou vrstvu. Jmenovitě jsou to tyto přístroje:

JANUS – Systém kamer  

Systém JANUS bude mít 13 filtrů a prostorové rozlišení až 2,4 m.

MAJIS – Optický a infračervený spektrometr 

Spektrometr MAJIS bude zkoumat troposférickou oblačnost a různé druhy plynů na Jupiteru a také se zaměří na složení ledových a minerálních látek na povrchu ledových měsíců.

UVS – UV  spektrograf 

UVS spektrograf se zaměří na exosféry a možné polární záře, včetně hledání srážek na měsíci Europa a bude také studovat další vrstvy atmosfér ledových Měsíců a zaměří se také na planetu Jupiter.

SWI – Submilimetrový radioteleskop 

Přístroj SWI bude používat anténu o průměru 30 cm a bude pracovat v pásmech 1080-1275 GHz a 530-601 GHz se spektrální rozlišovací schopností ~10⁷. Přístroj bude zkoumat stratosféru a troposféru Jupitera a exosféry a povrchy ledových měsíců.

GALA – Laserový výškoměr 

GALA je laserový výškoměr určený pro studium geomorfologie a topografie ledových měsíců a deformací měsíce Ganymedes s vertikálním rozlišením 0,1 km.

RIME – Podpovrchový radar 

Radar RIME bude klíčovým instrumentem na palubě sondy a měl by být schopen ve velkém rozlišení nahlédnout až devět kilometrů pod povrch ledových měsíců a v nízkém rozlišení dokonce okolo 20 km.

J-MAG – magnetometr 

J-MAG je magnetometr pro zkoumání magnetických polí a jejich vzájemných interakcí. Přístroj použije senzory fluxgates (vstupní a výstupní), které budou namontované na sondě.

PEP – detektor kosmického záření a nabitých částic 

Přístroj PEP je v podstatě sada šesti senzorů pro studium Jupiterovy magnetosféry a její interakcí s Joviánskými měsíci. PEP bude měřit pozitivní a záporné ionty, elektrony, exosférické plyny, termální plazmu a energeticky neutrální atomy přítomné ve všech oblastech systému Jupitera.

RPWI – Rádioplazmový detektor 

RPWI bude založen na čtyřech experimentech, GANDALF, MIME, FRODO a JENRAGE.

Použije se sada senzorů včetně dvou Langmuirových sond k výzkumu studené plazmy v okolí Jupitera a jeho měsíců. Kolaborace s ostatními přístroji pro hloubkový průzkum těles.

3GM – přístroj ke zkoumání gravitačních polí 

Přístroj 3GM je složený z transpondéru v pásmu Ka a ultrastabilního oscilátoru a měl by pomoci s měřením rozsahu podzemních oceánů a vnitřního složení.

PRIDE – Radiový Interferometr a Dopplerův experiment 

Přístroj PRIDE bude používat standardní telekomunikační zařízení sondy a umožní přesná měření polohy a rychlosti kosmické lodi a umožní měřit gravitační vliv těles na sondu. Přístroj bude využívat pozemské sítě VLBI.

Nedávno se zajímavého testu dočkal hloubkový radar RIME, tedy spíše jeho maketa. Radar bude rozložen krátce po startu v kosmu. Na délku bude měřit 16 metrů, a proto měl tento test za úkol ověřit klíčové charakteristiky antény a ověřit počítačové simulace chování konstrukce. Test byl proveden pomocí vrtulníku a byl úspěšný. Anténa byla namontována na zjednodušeném modelu kosmické sondy a zavěšena 150 metrů pod vrtulníkem. Sestava se pak pohybovala mezi 50 až 320 metry nad zemí.

Plán mise

Jak je v textu několikrát uvedeno, start mise JUICE je zatím naplánován na polovinu roku 2022. Sondu bude vynášet evropská nosná raketa Ariane V v konfiguraci ECA. Poté sondu čeká řada gravitačních manévrů. Tři jsou naplánované u Země a po jednom u Venuše a Marsu.  První s těchto manévrů se uskuteční v květnu 2023 u Země a ještě tentýž rok v říjnu sonda prolétne také okolo Venuše. Tady bych si tipl, že v této fázi letu by sonda JUICE mohla odzkoušet funkčnost radaru na palubě, ale to je pouze má spekulace.

Druhý průlet JUICE okolo Země přijde na řadu v druhé polovině roku 2024 a v únoru 2025 ještě sonda krátce navštíví Mars a poté už naposledy zamíří směrem k Zemi, které dá definitivní sbohem v listopadu 2026 a vydá se na svou pouť k planetě Jupiter, u které se dočasně zabydlí v roce 2030 a prakticky ihned zahájí dvou a půl roční průzkum měsíců i horních vrstev atmosféry a magnetosféry planety samotné. Cestu sondy k planetě Jupiter dobře mapuje toto video:

Naplánovány jsou dva „blízké“ průlety okolo Měsíce Europa počátkem roku 2031. Každý proběhne nad různými oblastmi, ale pokud jste čekali detailní průzkum tohoto měsíce, budete asi trochu zklamaní, protože nic takového v plánu není. Přesto nám tyto dva průlety okolo měsíce Europa mohou prozradit mnohé. Očekávají se přesnější výsledky o míře salinity podpovrchového oceánu nebo by se nám mohlo podařit zjistit více informací ohledně geologické aktivity měsíce.

Další záhadou je celková struktura měsíce Callisto. Sonda tento měsíc navštíví 13krát a tak budeme mít dost šancí se o něm mnohé dozvědět. Měsíc Callisto je totiž mnohem zajímavější než se na první pohled zdá. Pod jeho povrchem je také nejspíš oceán slané vody a my budeme mít poprvé možnost zjistit, jaké jsou vlastnosti tamního oceánu a jak může existovat v tomto ne zcela diferencovaném tělese.

Ve skutečnosti sonda JUICE stráví nejvíce času průzkumem měsíce Ganymed, u kterého natrvalo „zakotví“ okolo roku 2033 a stane se tak vůbec první sondou, která se usadí na orbitě jiného než Zemského měsíce. Na orbitu tohoto měsíce pak zůstane nejméně 280 dní a po ukončení mise by se sonda měla „zřítit“ na jeho povrch. Nemusíte se však obávat většího znečištění měsíce. Ledová krusta je totiž natolik silná, že potencionální riziko kontaminace je opravdu velmi malé.

Důležitým faktorem každé vesmírné mise jsou samozřejmě finance. Tak se pojďme podívat, kolik nás průzkum ledových měsíců bude ve skutečnosti stát. Celková částka by se měla pohybovat někde kolem jedné miliardy euro. Asi 200 milionů euro je vyhrazeno na vědecké přístroje z Evropy a NASA přidá dalších 114,4 milionů dolarů. Provoz bude stát asi 10 % z celkové částky. Pokud si uvědomíme, že projekt JUICE bude trvat cca 20 let, tak Evropa zaplatí něco okolo 58 milionů euro za rok a z toho například jen Německo pokryje 15 milionů euro za rok. Což vychází na každého obyvatele Německa okolo 18 centů. Jestli je to ve skutečnosti hodně nebo málo nechám na posouzení každého z Vás. Pokud si ale například pamatujete velkou havárii luxusní výletní lodi Costa Concordia v roce 2012, tak věřte, že jen vyzvednutí vraku a sešrotování stálo okolo 1.6 miliardy euro. Také roční obraty velkých koncernů, jako například automobilek, jsou řádově větší než kolik stojí tato dvacetiletá mise k Jupiteru, která pro nás ve skutečnosti může mít nevyčíslitelnou hodnotu…

Já osobně se na tuto misi opravdu těším. Nejen proto, že mě velice láká představa průzkumu podpovrchových oceánů tak vzdálených od Země, které mohou hostit, třeba jen primitivní život, ale také kvůli české účasti na této (pro Evropu) důležité misi. Nezbývá nám tedy než se těšit a doufat, že vývoj nepřinese výrazná zdržení.

Zdroje informací:
http://forum.kosmonautix.cz/
http://sci.esa.int/juice/50074-scenario-operations/
http://sci.esa.int/juice/
https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Explorer
https://gizmodo.com/
https://www.nasa.gov/feature/
http://www.telegraph.co.uk/news/
S. Barabash, P. C. Brandt, P. Wurz, and PEP Team: „Particle Environment Package (PEP) for the ESA JUICE mission“ (PDF)
ESA/SRE: „Yellow Book“ (PDF)
J. E. S. Bergman, J.-E. Wahlund, O. Witasse, V. Cripps and the RPWI Consortium: „The Radio & Plasma Wave Investigation (RPWI) for JUICE – From Jupiter’s Magnetosphere, through the Ice Shell and
into the Ocean of Ganymede. (PDF)

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/juice/59342-juice-mission-poster/
http://sci.esa.int/juice/58894-jupiter-s-largest-moons/
http://meybe.rajce.idnes.cz/ruzne/#PEP.jpg
http://sci.esa.int/juice/59613-jupiter-icy-moons-radar-test/