A intensa radiação ao redor de Júpiter moldou todos os aspectos da missão Juno, especialmente a órbita de Juno. Os dados mostram que há uma lacuna entre os cinturões de radiação que circundam Júpiter e os topos das nuvens de Júpiter. Juno terá que "enfiar a agulha" e atravessar essa lacuna, a fim de minimizar sua exposição à radiação e cumprir seus objetivos científicos. Além da complexidade da missão Juno, está o fato de que o design da espaçonave, os objetivos científicos e os requisitos orbitais se moldaram.
Eu não tinha certeza de qual pergunta iniciar essa entrevista: como as condições em torno de Júpiter, principalmente sua radiação extrema, moldaram a órbita de Juno? Ou como a órbita necessária para Juno sobreviver à radiação extrema de Júpiter moldou os objetivos científicos de Juno? Ou, finalmente, como os objetivos da ciência moldaram a órbita de Juno?
Scott Bolton, Pesquisador Principal da NASA para a missão Juno em Júpiter. Crédito de imagem: NASA
Como você pode ver, a missão Juno parece um nó górdio. Todas as três perguntas, tenho certeza, tiveram que ser feitas e respondidas várias vezes, com as respostas moldando as outras perguntas. Para ajudar a desembaraçar esse nó, conversei com Scott Bolton, principal pesquisador da NASA para a missão Juno. Como responsável por toda a missão Juno, Scott tem um entendimento completo dos objetivos científicos, do design e do caminho orbital que Juno seguirá em torno de Júpiter.
POR EXEMPLO: Oi Scott. Obrigado por reservar um tempo para falar comigo hoje. A radiação de Júpiter é um grande risco com o qual Juno enfrenta, e o cofre de titânio de Juno é projetado para proteger os eletrônicos de Juno. Mas a órbita de Juno é parcialmente moldada pela radiação ao redor de Júpiter. Como a radiação em torno de Júpiter moldou a órbita de Juno?
"... sabíamos que a região ao redor de Júpiter é realmente ruim, perigosa e severa com a radiação ..."
SB: Bem, limitou nossas escolhas, digamos. A órbita de Juno foi escolhida através de uma combinação de oportunidades para medições científicas, que precisavam de um certo tipo de geometria ou localização da espaçonave para serem executadas, e o fato de termos que evitar o melhor possível a região mais perigosa, basicamente, sistema solar. Isso exigia que estivéssemos muito perto de Júpiter e com orientação polar. Passamos pelos postes de Júpiter. E sabíamos que a região ao redor de Júpiter é realmente ruim, perigosa e severa com a radiação, mas também nunca havíamos ido lá com uma espaçonave. Portanto, não temos certeza de quão duro é ou exatamente como ele é moldado. Nós apenas temos algumas idéias.
Mas, através de analogias com a Terra e através da modelagem, fomos capazes de descobrir uma maneira de alcançar os objetivos científicos que queríamos e ainda assim ficarmos fora das piores regiões. Juno passa por cima dos polos e afundará muito perto de Júpiter de uma maneira que acreditamos estar entre os cinturões de radiação e a própria atmosfera de Júpiter.
Na Terra, há uma pequena janela entre nossos próprios cinturões de radiação - que não são tão perigosos quanto os de Júpiter, mas são modelados de maneira semelhante - e a atmosfera da Terra. Há uma lacuna lá, e temos evidências de que também há uma lacuna em Júpiter, e estamos enfiando essa agulha.
POR EXEMPLO: De onde vieram as evidências para essa lacuna, além de apenas olhar para os cintos de Van Allen da Terra? Houve alguma observação de algum observatório da NASA que mostrou que haveria uma lacuna semelhante em torno de Júpiter?
SB: Usamos radiotelescópios como o VLS (Very Large Array) e outros radiotelescópios ao redor do mundo que podem olhar para Júpiter e, em determinadas frequências, eles estão vendo o que é chamado de radiação síncrotron. A radiação síncrotron é elétrons de energia muito alta que se movem perto da velocidade da luz e emitem emissões de rádio. Eles emitem isso em uma geometria muito específica, baseada na física relativista. Podemos ver isso, e isso nos diz algo sobre como a radiação é formada e como a população de elétrons de alta energia é distribuída. Isso é usado em modelos, e somos capazes de indicar que deve haver um pequeno espaço, em parte porque, quando olhamos para essa radiação, parece que ela se desprende quando se aproxima muito de Júpiter. Mas temos uma resolução limitada, portanto, embora exista uma indicação de que existe uma lacuna entre Júpiter e seus cinturões de radiação, não há provas positivas.
POR EXEMPLO: Então Juno em si será a prova positiva de que existe uma lacuna entre Júpiter e seus cinturões de radiação?
SB: Sim. E então temos outra medida que nos ajuda a entender isso. A sonda Galileu que orbitou Júpiter em meados dos anos 90 continha uma sonda que entrou na atmosfera de Júpiter para descobrir do que era feita. Essa sonda realizou algumas medições com alguns instrumentos muito rudes, quase como os contadores Geiger, e os dados dessas medições indicaram um pico de radiação e, em seguida, um intervalo próximo a Júpiter. Então isso nos deu mais evidências de que existe uma lacuna. Embora seja um conjunto de dados muito limitado, é consistente com os modelos dos radiotelescópios.
POR EXEMPLO: Você deve ter em mente certos objetivos científicos para a missão Juno, então como esse entendimento dos cintos de radiação de Júpiter e a órbita necessária para evitá-los moldaram os objetivos científicos da missão Juno? Forçou algum objetivo a ser abandonado por completo?
"De fato, foram os objetivos da ciência que basicamente conduziram a órbita."
SB: Não, não mesmo. De fato, foram os objetivos da ciência que basicamente conduziram a órbita. Foi isso que nos levou a querer realmente chegar perto. A questão era quão próximo podemos chegar do que é seguro e quantas vezes podemos orbitar? Então, eu diria que o que a radiação faz, não mudou nossa órbita, limitando o número de vezes que podemos orbitar. Portanto, tivemos um tempo de vida limitado e, por esse tempo limitado, entramos em uma órbita que nos permitia mapear o planeta o mais rápido possível. Queremos voar de muito perto, em muitas longitudes diferentes, espaçadas igualmente.
Os objetivos científicos e as restrições dos cinturões de radiação nos disseram que Juno só vai durar tanto tempo, então você precisa fazer o mapa em um período limitado de tempo. Portanto, há um pouco de troca. Talvez houvesse uma maneira de proteger Juno por mais tempo com mais titânio, mais blindagem, para durar um pouco mais, mas fica tão ruim no final, que não tenho certeza se a protegemos mais que duraria mais.
"Se eu fosse capaz de colocar combustível suficiente a bordo, poderia mudar a órbita no meio da missão ..."
POR EXEMPLO: Retornos decrescentes, eu acho?
SB: Direita. Portanto, as limitações da engenharia e os aspectos práticos do que podemos lançar em um foguete são realmente o que nos limitou. Se eu fosse capaz de colocar combustível suficiente a bordo, eu poderia mudar a órbita no meio da missão para nos permitir durar mais tempo. Isso exigiria uma quantidade enorme de combustível. O que acontece é que, quando você está perto de Júpiter, não é perfeitamente simétrico, então começa a mudar a forma da órbita de Juno.
POR EXEMPLO: Então você precisaria fazer correções para manter a órbita?
SB: Sim, mas não podemos. Não temos combustível suficiente para fazer algo assim, então você tem que viver com o que Júpiter faz na órbita. Então começa a girar a órbita, e cada vez que chegamos a Júpiter, começa a girar a órbita um pouco mais. Usamos isso cientificamente um pouco, mas a realidade é que é apenas algo que temos que conviver. Na primeira metade da missão, se os modos estiverem corretos, não teremos que lidar com a quantidade máxima de radiação, mas na segunda metade da missão ela começa a piorar. Não podemos evitar os cinturões de radiação o máximo que podíamos no início. Isso é basicamente o que limita o tempo de vida da missão Juno.
POR EXEMPLO: Então Júpiter está afetando constantemente a órbita de Juno, e você tem uma capacidade limitada de lidar com isso?
SB: Está correto. É porque Júpiter não é uma esfera perfeita.
POR EXEMPLO: E um dos objetivos é mapear a gravidade de Júpiter?
SB: Sim, para descobrir o quão exatamente imperfeita é uma esfera [risos]. E depois aprender disso sobre como é a estrutura interior e, portanto, como ela se formou.
POR EXEMPLO: Parece um bom momento para perguntar qual é a forma da órbita de Juno? Quão perto de Júpiter chegará e a que distância ficará durante sua órbita?
"... estamos perto das luas exteriores, perto de Calisto mais ou menos."
SB: É uma elipse, como a maioria das órbitas, e seu ponto de aproximação mais próximo fica a cerca de 5.000 km (3100 milhas) acima do topo da nuvem ou mais, e isso é chamado perijove. Por outro lado, estamos perto das luas externas, mais ou menos perto de Calisto.
POR EXEMPLO: A uma certa distância, então.
SB: Sim, está bem distante. A Juno levará 14 dias ou mais para concluir uma órbita. E então a outra orientação fica logo acima dos pólos. À direita sobre os pólos norte e sul. Mas não estamos entrando nessa órbita imediatamente. Primeiro precisamos disparar nossos foguetes e entrarmos em uma órbita muito maior que leva cerca de 53 dias para percorrer, e a distância que percorremos de Júpiter é muito maior. Ao longo dos primeiros meses, temos combustível suficiente para modificar a órbita para obter o que queremos, e isso leva alguns meses para ser feito.
POR EXEMPLO:Então Juno também é movido a energia solar, além de seu combustível para mudar sua órbita. Você tem que ficar exposto ao sol, então isso deve ter sido um adicional ao projetar sua órbita?
"... em geral, evitamos sombras ou ocultações de Júpiter."
SB: Sim, isso foi uma restrição adicional no sentido de que quero evitar entrar na sombra de Júpiter. Quero que os painéis solares sempre vejam o sol. Podemos passar curtos períodos de tempo sem isso, mas em geral evitamos sombras ou ocultações de Júpiter.
POR EXEMPLO: Essa é uma das razões pelas quais a órbita leva você tão longe de Júpiter? Para evitar entrar na sombra de Júpiter?
SB: Sim, está certo. Embora você pudesse evitá-lo mesmo se estivesse tão perto, se estivesse orbitando de lado. Não preciso ir atrás de Júpiter, mesmo que a órbita seja pequena. Mas você tem que calcular tudo isso e ter certeza.
POR EXEMPLO: Todos os instrumentos de Juno estarão ativos em todas as suas órbitas? Ou são algumas das órbitas dedicadas a certos sensores e instrumentos?
SB: Em geral, todos os instrumentos estão ativos. Mas temos órbitas focadas em certas coisas com base em requisitos de apontamento. Por exemplo, a medição da gravidade. Quando queremos medir o campo de gravidade, precisamos garantir que a antena esteja apontada para a Terra o máximo possível. É assim que você mede o campo de gravidade, é você olhar para o sinal que Juno envia de volta para a Terra e medir o deslocamento Doppler do sinal de rádio e isso informa como o campo de gravidade empurrou e puxou Juno.
Quando não estamos medindo o campo de gravidade, temos outros instrumentos que preferem apontar diretamente para Júpiter. Eles ainda podem receber os dados enquanto medimos o campo de gravidade, mas é melhor que estejam apontando diretamente para Júpiter. Podemos tolerar que, como as matrizes solares ainda estão apontadas para o sol e ainda podemos manter a comunicação com a espaçonave, simplesmente não conseguimos obter a medição completa do campo de gravidade.
"... no final da missão, não se espera que as células solares funcionem tão bem quanto no início."
Portanto, temos algumas órbitas dedicadas a essa geometria. É claro que, quando nos dedicamos a isso, podemos simplesmente desligar o sistema de gravidade se não o estivermos usando. Mas acho que agora nossas estimativas são de que nosso poder é suficiente para que possamos manter essas duas coisas ao mesmo tempo. Quer façamos ou não isso, não é necessário, mas no final da missão não se espera que as células solares funcionem tão bem quanto no início.
POR EXEMPLO: Isso é por causa da radiação? Pela mesma razão que a eletrônica é sensível, as células solares se degradam com o tempo?
SB: Está certo. Portanto, nós os protegemos, mas não sabemos como isso funcionará exatamente. Não o temos em nossos planos, mas podemos acomodá-lo com a idéia de que, no final da missão, se não tivermos energia suficiente para executar tudo, podemos começar a desligar alguns dos instrumentos que possuem. fizemos a maior parte da ciência que queríamos que eles fizessem. Podemos alternar entre quais instrumentos estão e quais não estão.
POR EXEMPLO: Então, isso lhe dará alguma flexibilidade de missão se a radiação for mais severa do que a modelagem sugere? Você tem alguma flexibilidade para priorizar no final?
SB: Está correto. No momento, nossos modelos sugerem que não precisaremos fazer isso, mas podemos girar o botão se necessário.
POR EXEMPLO: Estou pensando sobre a modelagem detalhada que você fez para a radiação de Júpiter e a missão Juno, e olhando as informações disponíveis nos sites da NASA e em outras fontes. É sugerido que não se espera que todos os instrumentos de Juno sobrevivam às 33 órbitas, certo? Existe um cenário melhor para a sobrevivência do instrumento? Eu li que o JIRAM (mapeador auroral infravermelho de Júpiter) e talvez o Junocam só duram até a 8ª órbita, e o radiômetro de microondas só pode durar até a órbita 11. Esse é o melhor cenário? Ou mais no meio do modelo de estrada que você está seguindo esses números de órbita?
SB: Esperamos que esse seja o pior cenário. Eles foram projetados para sobreviver a isso com um fator de 2 margens de radiação. Provavelmente é um pouco maior que um fator de dois. Portanto, eles devem conseguir fazer isso sem problemas. Seria uma surpresa se eles não durassem tanto. Nossa expectativa é que eles provavelmente cheguem ao fim da missão. Mas não conto com isso e não preciso disso. Isso veio do fato de alguns desses instrumentos não possuírem seus componentes eletrônicos no cofre do <titanium>.
POR EXEMPLO: Isso é porque eles não precisam de todas as 33 órbitas para cumprir sua missão? Os instrumentos são priorizados para estar dentro do cofre de titânio com base em quantas órbitas são necessárias para concluir sua missão?
"No cofre, com todos os aparelhos eletrônicos, pode ser um lugar bastante quente, e alguns instrumentos são um pouco melhores quando está frio".
SB: Está certo. Então foi assim que fizemos essa escolha. Obviamente, eles precisavam de alguma proteção contra a radiação de Júpiter, então existem pequenas caixas ao seu redor, mas não como o cofre gigante. Também existem outros motivos pelos quais eles não estão no cofre. Existem alguns benefícios em removê-los. No cofre com todos os aparelhos eletrônicos, pode ser um lugar bastante quente, e alguns instrumentos são um pouco melhores quando está frio. Portanto, existem diferentes negociações que ocorreram. Mas você o caracterizou bem no sentido de que não somos obrigados a satisfazer os objetivos da ciência para que eles durem toda a missão. Mas minha expectativa é que haja benefícios se eles durarem mais, por isso, quando os projetamos, esperamos que eles durem mais.
POR EXEMPLO: Scott, qual é o seu título formal na NASA?
SB: Oficialmente, ele se chama Investigador Principal. Então, eu sou o pesquisador principal da missão Juno. Esse é um título oficial que significa apenas algo para as pessoas da NASA.
POR EXEMPLO: Então você participou do projeto da missão desde o início de Juno?
SB: Oh sim. Eu meio que criei a coisa toda, ou todo o processo. O que o pesquisador principal significa para a pessoa comum é que sou responsável por Juno. Por tudo e qualquer coisa associada ao Juno, sou responsável por seu sucesso. Seja o design, a engenharia, a ciência, construindo-o no prazo, gastando muito dinheiro, a programação, todo esse tipo de coisa. Outra maneira de dizer isso é que, se algo der errado, eu sou o culpado [risos].
POR EXEMPLO: Bem, acho que muito disso vai dar certo [risos]. Então, como eu, você deve estar ansiosamente ansioso pela chegada de Juno em Júpiter. Qual é a parte mais interessante e emocionante da missão de Juno, se você tivesse que escolher uma coisa? Tenho certeza de que é quase impossível responder. E o que pode ser uma surpresa para você? Quando olhamos para a chegada da New Horizon em Plutão e as coisas surpreendentes que encontramos lá, ou a Cassini encontrando gêiseres de gelo, sempre parece haver uma surpresa à nossa espera. O que você acha mais emocionante em Juno, ou o que você acha que pode ser uma descoberta surpreendente?
"... a parte empolgante de Juno é que estamos indo a algum lugar que ninguém nunca esteve antes."
SB: Bem, pela definição de surpresa, não consigo adivinhar. Nenhuma dessas coisas poderia ter sido antecipada, e é por isso que foram surpresas. Mas você sabe, a parte empolgante do Juno é que estamos indo a algum lugar que ninguém jamais esteve antes. Nós vamos fazer medições que nunca foram feitas. Temos instrumentos que nunca foram criados antes, muito menos colocá-los nessa geometria orbital exclusiva, onde você pode fazer medições especiais. Então, acho que a expectativa de aprender algo novo que nos surpreenda é a parte empolgante.
O que realmente vamos aprender que vai mudar nossas idéias de onde viemos e como chegamos aqui? Como é realmente Júpiter? Há tantos quebra-cabeças sobre isso, e é tão importante. Ainda hoje, as coisas que aprendemos sobre o nosso próprio sistema solar e as coisas que aprendemos sobre outros sistemas solares, quando pudemos começar a ver exoplanetas, tornaram Júpiter ainda mais importante para nós. Realmente é a chave, e acho que a parte mais emocionante é que finalmente vamos abrir uma das portas para esses segredos. Estamos ajudando a abrir caminho para futuras missões para aprender ainda mais.
A outra coisa que acho interessante é que, embora eu seja o chamado Investigador Principal, e se você perguntar à NASA o que isso significa e eles disserem que sou responsável por tudo, a verdade é que não é uma pessoa. É uma equipe enorme que fez isso acontecer. Isso ajudou a projetá-lo, criou uma maneira de fazê-lo, entendeu as restrições, entendeu como ele poderia funcionar, descobriu as tecnologias que precisávamos para que isso acontecesse e que basicamente tinha a visão de criá-lo e tinha o capacidade de implementá-lo e trazer essa visão à realidade. Estou empolgado por fazer parte dessa equipe de pessoas que está conseguindo isso e que essa equipe é realmente apenas parte de nossa sociedade e humanidade, que está tentando entender as coisas. Coisas como a forma como nos encaixamos na natureza e como o universo funciona. Geralmente, estou empolgado por fazer parte de algo que está tentando fazer algo assim.
POR EXEMPLO: É incrível e eu concordo totalmente com suas palavras, e acho emocionante para mim e para os leitores da Space Magazine. É uma missão enorme e mal podemos esperar para começar a obter alguns resultados de volta. E alguma foto. É super emocionante.
SB: Eu também. [riso]
POR EXEMPLO: Obrigado por reservar um tempo para falar comigo hoje, Scott. Espero que possamos conversar novamente. Sei que as pessoas estão profundamente interessadas na missão Juno.
SB: De nada. Tenha um bom dia.
