Подледные океаны спутников Юпитера — самое интересное место в ближайшем космосе. На поиски жизни в них отправляется европейский зонд JUICE Когда-то Россия тоже была частью этого проекта
Завтра, 14 апреля, Европейское космическое агентство (ЕКА) запустит автоматическую межпланетную станцию Jupiter Icy Moons Explorer («Исследователь ледяных лун Юпитера», JUICE), которая будет исследовать океаны под поверхностью трех спутников Юпитера — Ганимеда, Европы и Каллисто. Автор канала «Лайфлонг муки» Илья Кабанов объясняет, почему это важно, какие трудности ждут аппарат по пути и что помешало России принять участие в проекте (спойлер: это была не война).
Что такое JUICE
Европейское космическое агентство начало разрабатывать JUICE больше десяти лет назад — в мае 2012 года. Как часто бывает в космонавтике, объявленный на старте дедлайн пришлось пересмотреть: пуск перенесли с 2022-го на 2023 год, а бюджет вырос с 830 миллионов до 1,6 миллиарда евро.
JUICE стал первой самостоятельной европейской миссией к внешней области Солнечной системы, которая начинается за орбитой Марса — раньше туда летали только американские аппараты (и американо-европейский «Кассини-Гюйгенс», запущенный в далеком 1997-м).
Новый зонд отправится в космос на ракете Ariane 5 с космодрома Куру в Гвиане в Южной Америке. Первоначально старт должен был состояться сегодня, 13 апреля, однако его перенесли из-за плохой погоды — и высокой вероятности попадания молний в стартовый комплекс.
После того, как старт все-таки состоится, путешествие к Юпитеру займет целых восемь лет. Хотя расстояние до планеты — более 600 миллионов километров, JUICE предстоит преодолеть втрое большую дистанцию — 2 миллиарда километров. Дело в том, что он полетит «окольным путем», используя притяжение Земли и Венеры для ускорения. По словам научного сотрудника JUICE Николя Альтобелли, такая схема напоминает катапульту, которая придает аппарату импульс к Юпитеру.
Кроме того, маневр позволит солнечным панелям зонда накопить достаточно энергии для продолжительной миссии. Энергия ему точно понадобится: Юпитер находится в пять раз дальше от Солнца, и потому любой объект на его орбите получает всего 4% от того солнечного света, что попало бы на него же на орбите Земли. Этого может не хватить для полноценной работы, поэтому часть энергии аппарат будет черпать из батарей, заряженных на пути к своей финальной точке.
В июле 2031 года JUICE начнет исследовать Юпитер и его спутники Ганимед, Каллисто и Европу. Они покрыты льдом и очень интересны астробиологам. Возможно, под их ледяной поверхностью, на глубине более 10 км, скрываются жидкие океаны. Десяток научных приборов, которые несет JUICE, должны попробовать найти признаки существования жизни на этих спутниках — точнее, в их подледных океанах. Сразу оговоримся, что ученые не рассчитывают обнаружить там развитую подводную цивилизацию или сколь-нибудь крупные организмы — если жизнь на спутниках Юпитера и существует, то, скорее всего, в виде бактерий или одноклеточных. Среди инструментов JUICE — магнитометр, несколько фотокамер, спектрометры для изучения состава поверхности и атмосферы, лазерный высотомер для картографирования спутников и радар, который поможет определить их структуру.
Но даже если астрономы не получат доказательств существования жизни на этих спутниках (сейчас или в прошлом), миссия JUICE принесет множество ценных научных результатов: например, о составе гейзеров Европы, которые фотографировал телескоп «Хаббл», и магнитосфере Ганимеда — крупнейшего спутника в Солнечной системы (больше Меркурия!) и единственного, обладающего собственным магнитным полем.
На орбиту Ганимеда JUICE выйдет в декабре 2034 года. Кстати, европейский зонд станет первым космическим аппаратом, вращающимся вокруг спутника другой планеты (не считая, разумеется, Луны). Примерно к концу 2035 года JUICE исчерпает запасы топлива, сойдет с орбиты Ганимеда и столкнется с его поверхностью.
Аппарату придется пережить чудовищную радиацию, это одна из главных трудностей на пути к спутникам Юпитера
В пути JUICE поджидает множество потенциальных опасностей. Прежде всего, ему придется самостоятельно снизить скорость, чтобы не проскочить орбиту Юпитера — ученые на Земле будут лишь наблюдать за ним и не смогут повлиять на траекторию. Если автоматическая станция не справится с этим маневром, миссия закончится провалом.
Даже если маневр торможения удастся, трудности на этом не закончатся. Магнитное поле Юпитера в 10 тысяч раз сильнее земного, что представляет серьезную угрозу для научных инструментов на борту JUICE. Кроме того, сверхмощное магнитное поле улавливает и заряжает частицы, которые Юпитер и его вулканически гиперактивный спутник Ио выбрасывают в космическое пространство. В результате создается поток ионизирующего излучения, и уровень радиации рядом с Юпитером сравним с эпицентром ядерного взрыва.
Чем интенсивнее радиоактивное излучение, тем быстрее выходят из строя электронные системы и разрушаются солнечные батареи. Чтобы защитить электронную начинку JUICE, ученым пришлось пойти на несколько ухищрений.
Для начала они составили подробную модель радиационного излучения вокруг Юпитера на основе данных, полученных предыдущими зондами. Эта модель помогла определить маршрут миссии, который составлен так, чтобы избежать наиболее опасных областей. Хотя с точки зрения поиска условий для существования жизни Европа наиболее интересна, высокий уровень радиации вокруг нее не позволит аппарату долго оставаться на орбите этого спутника. Ганимед в этом плане безопаснее — собственное магнитное поле обеспечивает дополнительную защиту от излучения Юпитера. Поэтому именно этот спутник стал конечной точкой маршрута JUICE
Конструкция аппарата тоже учитывает радиационную опасность. Наиболее чувствительная электроника JUICE находится в «бункере», стенки которого произведены из усиленного свинцом углеродного волокна. Свинец должен задержать радиацию и продлить срок службы зонда. Кроме того, в качестве дополнительной меры предосторожности некоторые компоненты экранированы алюминием и танталом.
Юпитер без России
Миссия JUICE могла бы стать триумфом международного сотрудничества в космосе. Она пришла на смену отмененного проекта 2008 года Europa Jupiter System Mission, в котором планировали участвовать не только ЕКА, но и NASA, Роскосмос и японское агентство JAXA. Но еще на этапе разработки международные партнеры отказались от участия, оставив европейцев в одиночестве.
Сегодня в это трудно поверить, но россияне продержались дольше американцев и японцев. Еще в 2013 году, когда подготовка JUICE шла полным ходом, Роскосмос и ЕКА обсуждали включение в программу миссии отечественного посадочного модуля «Лаплас — П», который должен был исследовать поверхность Ганимеда. К 2017 году российскую часть проекта свернули из-за отсутствия финансирования и технических проблем. Директор Института космических исследований РАН Лев Зеленый признавался, что с имеющейся в распоряжении российских ученых электроникой работать в условиях высокой радиации вблизи Юпитера будет слишком сложно.
Если Россия пролетела мимо миссии JUICE, то Украина смогла стать ее частью, хотя и во второстепенной роли: с завода Airbus во французской Тулузе аппарат доставили на гвианский космодром украинским самолетом Ан-124 авиакомпании Antonov Airlines.
Что дальше
В ближайшие годы ученые продолжат исследовать не только окрестности Земли и ближайших к нам планет вроде Марса и Венеры, но и более далекие области Солнечной системы.
На 2024 год запланирован запуск американского аппарата Europa Clipper, который достигнет Юпитера к 2030 году — быстрее, чем JUICE, поскольку полетит по более короткой траектории. Этот зонд совершит около 50 облетов Европы, приблизившись к его ледяной поверхности на расстояние 25 км. Его цель — найти потенциально обитаемые места под ледяной оболочкой спутника.
Если не считать маршрута, «Клиппер» и JUICE очень похожи: у них сопоставимая масса, мощность солнечных панель и почти одинаковое число научных инструментов (у европейской миссии на один прибор больше, чем у американской). Самое большое различие — в целях. Если «Клиппер» сфокусируется на одной Европе, то JUICE будет исследовать и другие спутники, а так же сам Юпитер. При этом миссии не конкурируют друг с другом, а скорее дополняют: их команды регулярно встречаются, чтобы максимизировать научный выход своих проектов.
В 2027 году может состояться запуск миссии Europa Lander, в рамках которой на поверхность Европа опустится спускаемый аппарат. В том же 2027 году NASA планирует отправить на Титан, крупнейший спутник Сатурна, миссию Dragonfly с дроном на борту, способным летать в плотной атмосфере.
Илья Кабанов