Sinaran sengit di sekitar Musytari telah membentuk setiap aspek misi Juno, terutama orbit Juno. Data menunjukkan bahawa terdapat jurang antara tali pinggang radiasi yang mengelilingi Musytari, dan puncak awan Musytari. Juno harus 'menjahit jarum' dan melakukan perjalanan melalui jurang ini, untuk meminimumkan pendedahannya terhadap radiasi, dan untuk memenuhi objektif sainsnya. Menambah kerumitan misi Juno, adalah kenyataan bahawa reka bentuk kapal angkasa, objektif ilmiah, dan keperluan orbit semuanya saling membentuk.
Saya tidak pasti soalan apa untuk memulakan wawancara ini: Bagaimana keadaan di sekitar Musytari, terutama radiasi ekstremnya, membentuk orbit Juno? Atau, bagaimana orbit yang diperlukan agar Juno dapat bertahan dari radiasi ekstrim Musytari membentuk objektif sains Juno? Atau, akhirnya, bagaimana objektif sains membentuk orbit Juno?
Scott Bolton, Penyelidik Utama NASA untuk misi Juno ke Musytari. Kredit Gambar: NASA
Seperti yang anda lihat, misi Juno nampaknya seperti simpul Gordian. Ketiga-tiga soalan, saya pasti, harus diajukan dan dijawab beberapa kali, dengan jawapan yang membentuk soalan lain. Untuk mengatasi masalah ini, saya bercakap dengan Scott Bolton, Penyelidik Utama NASA untuk misi Juno. Sebagai orang yang bertanggungjawab untuk keseluruhan misi Juno, Scott mempunyai pemahaman yang lengkap mengenai objektif sains Juno, reka bentuk Juno, dan jalan orbit yang akan dilalui Juno di sekitar Musytari.
Cth: Hai Scott. Terima kasih kerana meluangkan masa untuk bercakap dengan saya hari ini. Sinaran Musytari adalah bahaya besar yang harus ditentang oleh Juno, dan peti besi titanium Juno direka untuk melindungi elektronik Juno. Tetapi orbit Juno sebahagiannya dibentuk oleh sinaran di sekitar Musytari. Bagaimana sinaran di sekitar Musytari membentuk orbit Juno?
"... kami tahu bahawa wilayah di sekitar Musytari benar-benar buruk, berbahaya, dan keras dengan radiasi ..."
SB: Baiklah, ini membataskan pilihan kita, katakan. Orbit Juno dipilih melalui kombinasi peluang untuk pengukuran saintifik, yang memerlukan jenis geometri atau lokasi kapal angkasa tertentu untuk melakukan, dan hakikat bahawa kita harus menghindari sebaik mungkin wilayah yang paling berbahaya, pada dasarnya, di sistem suria. Ini memerlukan kita sangat dekat dengan Musytari, dan berorientasi polar. Kami melintasi tiang Musytari. Dan kami tahu bahawa wilayah di sekitar Musytari benar-benar buruk, berbahaya, dan keras dengan radiasi, tetapi kami juga tidak pernah masuk ke sana dengan kapal angkasa. Oleh itu, kami tidak pasti betapa kerasnya, atau bagaimana bentuknya. Kami hanya mempunyai beberapa idea.
Tetapi melalui analogi dengan Bumi, dan melalui pemodelan, kami dapat mengetahui cara untuk mencapai objektif saintifik yang kami mahukan dan masih tetap berada di luar wilayah terburuk. Juno masuk ke atas tiang, dan akan turun sangat dekat dengan Musytari dengan cara yang kita percaya berada di antara tali pinggang radiasi dan atmosfer Musytari itu sendiri.
Di Bumi ada tingkap kecil di antara tali pinggang radiasi kita sendiri - yang hampir tidak berbahaya seperti Musytari tetapi dibentuk dengan cara yang serupa - dan atmosfer Bumi. Terdapat jurang di sana, dan kami mempunyai bukti bahawa ada jurang di Jupiter juga, dan kami sedang menjahit jarum itu.
Cth: Dari mana datangnya bukti untuk jurang itu, selain hanya melihat tali pinggang Van Allen Bumi? Adakah terdapat pemerhatian dari mana-mana observatorium NASA yang menunjukkan bahawa terdapat jurang yang serupa di sekitar Musytari?
SB: Kami menggunakan teleskop radio seperti VLS (Very Large Array) dan teleskop radio lain di seluruh dunia yang dapat melihat Jupiter, dan pada frekuensi tertentu mereka melihat apa yang disebut sinaran sinkron. Sinaran synchrotron adalah elektron tenaga yang sangat tinggi yang bergerak pada kelajuan cahaya, dan mereka mengeluarkan pelepasan radio. Mereka melepaskannya dalam geometri yang sangat spesifik berdasarkan fizik relativistik. Kita dapat melihatnya, dan ia memberitahu kita tentang bagaimana radiasi dibentuk, dan bagaimana populasi elektron bertenaga tinggi diedarkan. Itu digunakan dalam model, dan kami dapat menunjukkan bahawa harus ada sedikit jurang, sebahagiannya kerana ketika kita melihat radiasi itu, sepertinya ia akan hilang ketika mendekati Jupiter. Tetapi kita mempunyai resolusi yang terhad, jadi sementara ada petunjuk bahawa ada jurang antara Musytari dan tali radiasinya, tidak ada bukti positif.
Cth: Jadi Juno sendiri akan menjadi bukti positif bahawa ada jurang antara Musytari dan tali pinggang radiasinya?
SB: Ya. Dan kemudian kita mempunyai satu ukuran lain yang membantu kita memahami perkara ini. Kapal angkasa Galileo yang mengorbit Musytari pada pertengahan tahun 90an mengandungi penyelidikan yang masuk ke atmosfer Musytari untuk mengetahui apa yang dibuatnya. Penyelidikan itu melakukan beberapa pengukuran dengan beberapa instrumen yang sangat kasar, hampir seperti pembilang Geiger, dan data dari pengukuran tersebut menunjukkan puncak radiasi dan kemudian jurang dekat dengan Musytari. Jadi itu memberi kita bukti lebih lanjut bahawa ada jurang. Walaupun set data yang sangat terhad, ia sesuai dengan model dari teleskop radio.
Cth: Anda mesti mempunyai objektif sains tertentu dalam fikiran untuk misi Juno, jadi bagaimana pemahaman mengenai tali pinggang radiasi Musytari ini, dan orbit yang diperlukan untuk menghindarinya, membentuk objektif sains misi Juno? Adakah ia memaksa objektif untuk ditinggalkan sama sekali?
"Sebenarnya, itu adalah objektif sains yang pada dasarnya mendorong orbit."
SB: Tidak, tidak sama sekali. Sebenarnya, objektif sains yang pada dasarnya mendorong orbit. Itulah yang mendorong kita untuk menghampirinya. Persoalannya adalah seberapa dekat kita dapat memperolehnya yang aman, dan berapa kali kita dapat mengorbit? Oleh itu, saya katakan bahawa apa yang dilakukan oleh radiasi, tidak mengubah orbit kita sehingga membatasi berapa kali kita dapat mengorbit. Oleh itu, kita mempunyai masa hidup yang terhad, dan kerana masa hidup yang terhad itu, kita memasuki orbit yang memungkinkan kita memetakan planet secepat mungkin. Kami mahu terbang dengan sangat dekat, di berbagai garis bujur yang jaraknya sama rata.
Objektif sains dan batasan tali pinggang radiasi memberitahu kami bahawa Juno hanya akan bertahan begitu lama, jadi anda harus menyelesaikan peta dalam jangka masa yang terhad. Jadi ada sedikit pertukaran. Mungkin ada cara untuk melindungi Juno lebih lama dengan lebih banyak titanium, lebih banyak pelindung, bertahan lebih lama, tetapi akhirnya menjadi sangat buruk, sehingga saya tidak pasti sama ada kita melindunginya lebih lama sehingga ia akan bertahan lebih lama.
"Sekiranya saya dapat memasukkan cukup bahan bakar, saya dapat mengubah orbit di tengah misi ..."
Cth: Pengurangan pulangan, saya rasa?
SB: Betul. Oleh itu, keterbatasan dalam bidang kejuruteraan dan kepraktisan dari apa yang dapat kita lancarkan dengan roket sebenarnya yang membataskan kita. Sekiranya saya dapat memasukkan cukup bahan bakar, saya mungkin telah mengubah orbit di tengah misi untuk membolehkan kita bertahan lebih lama. Itu memerlukan sejumlah besar bahan bakar sekalipun. Apa yang berlaku adalah, apabila anda dekat dengan Musytari, tidak simetri dengan sempurna, jadi ia mula mengubah bentuk orbit Juno.
Cth: Oleh itu, anda perlu membuat pembetulan untuk mengekalkan orbit?
SB: Ya, tapi kita tidak boleh. Kami tidak mempunyai cukup bahan bakar untuk melakukan sesuatu seperti itu, jadi anda harus hidup dengan apa yang dilakukan Musytari ke orbit. Oleh itu, ia mula memutar orbit, dan setiap kali kita datang dari Musytari, ia mula memutar orbit sedikit lebih banyak. Kami menggunakannya secara saintifik sedikit, tetapi kenyataannya adalah sesuatu yang harus kita jalani. Untuk separuh pertama misi, jika modnya betul, kita tidak perlu menangani jumlah maksimum radiasi, tetapi menjelang separuh akhir misi ini akan mula bertambah buruk. Kita tidak dapat mengelakkan tali radiasi sebanyak yang kita dapat pada awalnya. Pada dasarnya itulah yang mengehadkan masa hidup misi Juno.
Cth: Jadi Musytari sentiasa mempengaruhi orbit Juno, dan anda mempunyai keupayaan terhad untuk menghadapinya?
SB: Itulah betul. Ini kerana Musytari bukan bidang yang sempurna.
Cth: Dan salah satu objektifnya adalah untuk memetakan graviti Musytari?
SB: Ya, untuk mengetahui bagaimana sebenarnya tidak sempurna dari sfera itu [ketawa.] Dan kemudian belajar dari itu tentang bagaimana struktur dalamannya, dan oleh itu bagaimana ia terbentuk.
Cth: Ini nampaknya masa yang tepat untuk bertanya apakah bentuk orbit Juno? Berapa dekat dengan Musytari, dan sejauh mana jaraknya semasa orbitnya?
"... kita keluar dekat bulan luar, dekat Callisto atau lebih."
SB: Ini adalah elips, seperti kebanyakan orbit, dan titik pendekatan terdekatnya adalah sekitar 5.000 km (3100 batu) di atas puncak awan atau lebih, dan itu disebut perijove. Di sisi lain, kita berada di luar bulan luar, berhampiran Callisto atau lebih.
Cth: Cukup jauh, kalau begitu.
SB: Ya, jaraknya agak jauh. Perlu waktu 14 hari Juno untuk menyelesaikan orbit. Dan kemudian orientasi lain tepat di atas tiang. Tepat di atas kutub utara dan selatan. Tetapi kita tidak segera memasuki orbit itu. Mula-mula kita harus menembakkan roket kita dan kita memasuki orbit yang jauh lebih besar yang memerlukan sekitar 53 hari untuk berkeliling, dan jarak yang kita tinggalkan dari Musytari jauh lebih jauh. Selama beberapa bulan pertama, kami memiliki cukup bahan bakar untuk mengubah orbit untuk mendapatkan apa yang akhirnya kami inginkan, dan itu memerlukan beberapa bulan untuk dilakukan.
Cth:Jadi Juno juga bertenaga suria, selain bahan bakarnya untuk mengubah orbitnya. Anda mesti terus terdedah kepada cahaya matahari, jadi itu mesti menjadi tambahan ketika merancang orbit anda?
"... secara umum, kita menghindari bayang-bayang atau ghaib oleh Musytari."
SB: Ya, itu adalah kekangan tambahan dalam arti bahawa saya ingin mengelakkan masuk ke bayangan Musytari. Saya mahu panel solar sentiasa melihat matahari. Kita boleh menempuh jangka waktu yang singkat tanpa itu, tetapi secara umum kita menghindari bayang-bayang atau ghaib oleh Musytari.
Cth: Adakah itu salah satu alasan bahawa orbit membawa anda begitu jauh dari Musytari? Untuk mengelakkan masuk ke bayangan Musytari?
SB: Ya, betul. Walaupun anda dapat menghindarinya walaupun anda begitu dekat, jika anda mengorbit ke samping. Saya tidak perlu pergi ke belakang Musytari, walaupun orbitnya kecil. Tetapi anda mesti mengira semua itu dan pastikan.
Cth: Adakah semua instrumen Juno akan aktif sepanjang orbitnya? Atau ada beberapa orbit yang dikhaskan untuk sensor dan instrumen tertentu?
SB: Secara amnya, semua instrumen aktif. Tetapi kita mempunyai orbit yang difokuskan pada perkara-perkara tertentu berdasarkan keperluan penunjuk. Contohnya, pengukuran graviti. Apabila kita ingin mengukur medan graviti, kita harus memastikan antena menunjuk ke Bumi sebanyak mungkin. Begitulah cara anda mengukur medan graviti, adakah anda melihat isyarat yang dihantar Juno ke Bumi, dan anda mengukur peralihan isyarat radio Doppler dan yang memberitahu anda bagaimana medan graviti telah mendorong dan menarik Juno.
Ketika kita tidak mengukur medan graviti, kita mempunyai instrumen lain yang lebih suka menunjuk langsung ke Musytari. Mereka masih dapat mengambil data ketika kita mengukur medan graviti, tetapi lebih baik jika mereka menunjuk langsung ke Musytari. Kita boleh bertolak ansur kerana susunan suria masih menunjuk ke arah matahari, dan kita masih dapat berkomunikasi dengan kapal angkasa, kita tidak dapat memperoleh ukuran medan graviti penuh.
"... di akhir misi sel suria tidak diharapkan dapat berfungsi seperti yang dilakukan pada awalnya."
Oleh itu, kita mempunyai beberapa orbit yang didedikasikan untuk geometri itu. Sudah tentu ketika kita berdedikasi pada dulu, kita hanya boleh mematikan sistem graviti jika kita tidak menggunakannya. Tetapi saya rasa anggaran kita sekarang bahawa kekuatan kita cukup sehingga kita dapat mengekalkan kedua-duanya pada masa yang sama. Sama ada kita melakukannya atau tidak, itu tidak diperlukan, tetapi pada akhir misi sel suria tidak diharapkan dapat berfungsi seperti yang dilakukan pada awalnya.
Cth: Itu kerana sinaran? Atas sebab yang sama bahawa elektronik sensitif, sel suria akan merosot dari masa ke masa?
SB: Betul. Oleh itu, kami melindungi mereka, tetapi kami tidak tahu seberapa baik ia akan berfungsi dengan betul. Kami tidak memilikinya dalam rancangan kami, tetapi kami dapat menampungnya dengan idea bahawa pada akhir misi, jika kita tidak memiliki kekuatan yang cukup untuk menjalankan semuanya, kita dapat mulai mematikan beberapa instrumen yang memiliki melakukan sebahagian besar sains yang kami mahukan mereka lakukan. Kita boleh bergilir-gilir untuk instrumen mana dan mana yang tidak.
Cth: Jadi itu memberi anda fleksibiliti misi jika radiasi lebih teruk daripada yang dicadangkan oleh pemodelan? Anda akan mempunyai kelonggaran untuk memprioritaskan hampir ke penghujungnya?
SB: Itulah betul. Sekarang model kami menunjukkan bahawa kami tidak perlu melakukan itu, tetapi kami dapat memutar dail itu jika perlu.
Cth: Saya tertanya-tanya mengenai pemodelan terperinci yang telah anda lakukan untuk radiasi Jupiter dan misi Juno, dan melihat maklumat yang terdapat di laman web NASA dan sumber lain. Dikatakan bahawa semua instrumen Juno tidak diharapkan dapat bertahan dalam 33 orbit, betul? Adakah terdapat senario kes terbaik untuk kelangsungan hidup instrumen? Saya telah membaca bahawa JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) dan mungkin Junocam mungkin hanya bertahan hingga orbit ke-8, dan Microwave Radiometer mungkin hanya bertahan hingga ke orbit 11. Adakah itu jenis senario kes terbaik? Atau lebih tepat lagi di tengah jalan yang anda ikuti dengan nombor orbit tersebut?
SB: Kami harap itu adalah senario terburuk. Mereka dirancang untuk bertahan dengan faktor 2 margin dalam radiasi. Mungkin sedikit lebih besar daripada faktor dua. Oleh itu, mereka seharusnya dapat melakukannya tanpa masalah. Akan mengejutkan jika mereka tidak bertahan lama. Harapan kami adalah mereka mungkin akan mencapai akhir misi. Tetapi saya tidak bergantung pada itu, dan saya tidak memerlukannya. Ini berasal dari fakta bahawa beberapa instrumen tersebut tidak mempunyai elektroniknya di dalam peti besi <titanium>.
Cth: Adakah kerana mereka tidak memerlukan semua 33 orbit untuk memenuhi misi mereka? Adakah instrumen diutamakan berada di dalam peti besi titanium berdasarkan berapa banyak orbit yang mereka perlukan untuk menyelesaikan misi mereka?
"Di peti besi dengan semua elektronik boleh menjadi tempat yang cukup hangat, dan beberapa instrumen sedikit lebih baik ketika sejuk."
SB: Betul. Oleh itu, kami membuat pilihan itu. Mereka jelas memerlukan perlindungan dari sinaran Musytari, jadi ada kotak kecil di sekitarnya, tetapi tidak seperti peti besi raksasa. Terdapat juga beberapa sebab lain kerana mereka tidak berada di peti besi. Terdapat beberapa faedah untuk memindahkannya. Di peti besi dengan semua alat elektronik boleh menjadi tempat yang cukup hangat, dan beberapa instrumen sedikit lebih baik apabila sejuk. Jadi ada perdagangan berbeza yang telah berjalan. Tetapi anda telah mencirikannya dengan baik dalam arti bahawa kami tidak diperlukan untuk memenuhi objektif sains agar mereka dapat bertahan sepanjang misi. Tetapi jangkaan saya adalah bahawa ada faedah jika ia bertahan lebih lama, jadi kami mempunyai harapan ketika kami merancangnya agar ia bertahan lebih lama.
Cth: Scott, apakah tajuk rasmi anda di NASA?
SB: Secara rasmi ia dipanggil Penyelidik Utama. Oleh itu, saya adalah Penyelidik Utama misi Juno. Itu adalah tajuk rasmi yang cukup bermakna bagi orang-orang NASA.
Cth: Oleh itu, anda telah mengikuti rancangan misi sejak awal Juno?
SB: Oh ya. Saya semacam mencipta keseluruhan, atau keseluruhan proses. Apa yang dimaksudkan oleh Penyelidik Utama kepada orang biasa adalah saya bertanggungjawab terhadap Juno. Untuk apa sahaja dan semua yang berkaitan dengan Juno, saya bertanggungjawab atas kejayaannya. Sama ada reka bentuk, kejuruteraan, sains, membuatnya tepat pada waktunya, menghabiskan terlalu banyak wang, jadual, semua jenis barang. Cara lain untuk mengatakan bahawa jika ada yang tidak kena, saya yang akan dipersalahkan [ketawa.]
Cth: Baiklah, saya rasa banyak yang akan berlaku [ketawa.] Jadi, seperti saya, anda pasti sangat menantikan kedatangan Juno di Musytari. Apa bahagian paling menarik dan menarik dari misi Juno, jika anda harus memilih satu perkara? Saya yakin itu hampir mustahil untuk dijawab. Dan apa yang mungkin mengejutkan anda? Apabila kita melihat kedatangan New Horizon di Pluto dan perkara-perkara mengejutkan yang kita dapati di sana, atau Cassini yang menemui geyser ais, selalu ada kejutan yang menanti kita. Apa yang anda fikir paling menggembirakan Juno, atau apa yang anda fikir mungkin merupakan penemuan yang mengejutkan?
"... bahagian Juno yang menarik ialah kita pergi ke suatu tempat yang tidak pernah ada sebelumnya."
SB: Oleh definisi kejutan, saya tidak dapat meneka. Tidak ada yang dapat dinantikan, itulah sebabnya kejutan itu. Tetapi anda tahu, bahagian Juno yang menarik ialah kita pergi ke suatu tempat yang tidak pernah ada sebelumnya. Kami akan membuat pengukuran yang tidak pernah dibuat. Kami mempunyai instrumen yang belum pernah dibuat sebelumnya, apalagi memasukkannya ke dalam geometri orbit unik ini di mana anda boleh membuat pengukuran khas. Oleh itu, saya rasa jangkaan untuk belajar sesuatu yang baru yang akan mengejutkan kita adalah bahagian yang menggembirakan.
Apa yang sebenarnya akan kita pelajari yang akan mengubah idea kita dari mana kita datang dan bagaimana kita sampai di sini? Apa sebenarnya Musytari? Terdapat banyak teka-teki mengenainya, dan sangat penting. Sehingga hari ini, perkara-perkara yang telah kita pelajari mengenai sistem suria kita sendiri, dan perkara-perkara yang telah kita pelajari mengenai sistem suria yang lain kerana kita dapat mula melihat planet-planet exo, hanya menjadikan Musytari lebih penting lagi bagi kita. Ini benar-benar memegang kuncinya, dan saya rasa yang menarik ialah akhirnya kita membuka kunci salah satu pintu rahsia itu. Kami membantu menjadikan jalan untuk misi masa depan untuk belajar lebih banyak lagi.
Perkara lain yang saya anggap menarik adalah walaupun saya disebut sebagai Penyelidik Utama, dan jika anda bertanya kepada NASA apa maksudnya dan mereka memberitahu saya bahawa saya bertanggungjawab untuk segala-galanya, kebenaran sebenarnya adalah bukan satu orang. Ini adalah pasukan luar biasa yang mewujudkan ini. Itu membantu merancangnya, yang menciptakan cara untuk melakukannya, memahami kekangan, memahami bagaimana ia boleh berfungsi, mengetahui teknologi yang kita perlukan untuk mewujudkannya, dan pada dasarnya mempunyai visi untuk membuatnya, dan mempunyai keupayaan untuk melaksanakannya dan mewujudkan visi itu ke realiti. Saya gembira kerana saya adalah sebahagian daripada kumpulan orang yang berjaya melakukannya, dan pasukan itu sebenarnya adalah sebahagian daripada masyarakat dan kemanusiaan kita, yang semuanya berusaha untuk mencari tahu. Perkara seperti bagaimana kita menyesuaikan diri dengan alam semula jadi dan bagaimana alam semesta berfungsi. Secara amnya saya teruja untuk menjadi sebahagian daripada sesuatu yang cuba melakukan sesuatu seperti itu.
Cth: Sangat mengagumkan dan saya setuju sepenuhnya dengan kata-kata anda, dan saya rasa ia sangat menggembirakan bagi saya dan pembaca Space Magazine. Ini adalah misi yang besar, dan kami tidak sabar untuk mula mendapatkan hasil. Dan beberapa gambar. Ia sangat menarik.
SB: Saya juga. [ketawa]
Cth: Terima kasih kerana meluangkan masa untuk bercakap dengan saya hari ini Scott. Semoga kita dapat berbual lagi. Saya tahu bahawa orang sangat berminat dalam misi Juno.
SB: Sama-sama. Selamat mencuba.
