شكل الإشعاع المكثف حول المشتري كل جانب من جوانب مهمة جونو ، وخاصة مدار جونو. تشير البيانات إلى وجود فجوة بين أحزمة الإشعاع التي تحيط بالمشتري وسحابات المشتري. سيتعين على جونو "خيط الإبرة" والسفر عبر هذه الفجوة ، لتقليل تعرضها للإشعاع ، وتحقيق أهدافها العلمية. ما يزيد من تعقيد مهمة جونو هو حقيقة أن تصميم المركبة الفضائية والأهداف العلمية والمتطلبات المدارية كلها شكلت بعضها البعض.
لم أكن متأكدًا من السؤال لبدء هذه المقابلة: كيف شكلت الظروف المحيطة بالمشتري ، وعلى الأخص إشعاعها الشديد ، مدار جونو؟ أو ، كيف كان المدار الضروري لجونو للبقاء على قيد الحياة من الإشعاع الشديد للمشتري شكل أهداف جونو العلمية؟ أو ، أخيرًا ، كيف شكلت أهداف العلم مدار جونو؟
سكوت بولتون ، الباحث الرئيسي في وكالة ناسا لبعثة جونو إلى المشتري. حقوق الصورة: ناسا
كما ترى ، تبدو مهمة جونو وكأنها عقدة غوردية. أنا متأكد من أنه كان يجب طرح جميع الأسئلة الثلاثة والإجابة عليها عدة مرات ، مع تشكيل الإجابات للأسئلة الأخرى. للمساعدة في فك هذه العقدة ، تحدثت مع سكوت بولتون ، الباحث الرئيسي لناسا في مهمة جونو. بصفته الشخص المسؤول عن مهمة جونو بأكملها ، فإن سكوت لديه فهم كامل لأهداف جونو العلمية وتصميم جونو والمسار المداري الذي سيتبعه جونو حول المشتري.
EG: مرحبًا سكوت. شكرًا على الوقت الذي قضيته في التحدث معي اليوم. إن إشعاع المشتري هو خطر كبير يجب على جونو أن تتعامل معه ، وقد تم تصميم قبو التيتانيوم من جونو لحماية إلكترونيات جونو. لكن مدار جونو يتشكل جزئياً من الإشعاع حول المشتري. كيف شكل الإشعاع حول المشتري مدار جونو؟
"... علمنا أن المنطقة المحيطة بالمشتري سيئة حقًا وخطيرة وقاسية من الإشعاع ..."
س ب: حسنًا ، لقد قيدت خياراتنا ، دعنا نقول. تم اختيار مدار جونو من خلال مجموعة من الفرص للقياسات العلمية ، والتي احتاجت إلى نوع معين من الهندسة أو موقع المركبة الفضائية لأداء ، وحقيقة أنه كان علينا أن نتجنب قدر المستطاع المنطقة الأكثر خطورة ، بشكل أساسي ، في النظام الشمسي. هذا يتطلب منا أن نكون قريبين جدًا من المشتري ، والقطبية في التوجه. نذهب فوق أقطاب المشتري. وعلمنا أن المنطقة المحيطة بالمشتري سيئة حقًا وخطيرة وقاسية بالإشعاع ، لكننا أيضًا لم نذهب أبدًا إلى هناك بمركبة فضائية. لذا فنحن لسنا متأكدين تمامًا من مدى قسوتها أو شكلها بالضبط. لدينا فقط بعض الأفكار.
ولكن من خلال المقارنات مع الأرض ، ومن خلال النمذجة ، تمكنا من اكتشاف طريقة لتحقيق الأهداف العلمية التي أردناها وما زلنا بعيدين عن أسوأ المناطق. يأتي جونو فوق القطبين ، وسوف ينخفض قريبًا جدًا من المشتري بطريقة نعتقد أنها ستكون بين أحزمة الإشعاع وجو المشتري نفسه.
توجد في الأرض نافذة صغيرة بين أحزمة الإشعاع الخاصة بنا - والتي ليست بنفس خطورة المشتري تقريبًا ولكنها تتشكل بطريقة مماثلة - وبين الغلاف الجوي للأرض. هناك فجوة ، ولدينا دليل على وجود فجوة في المشتري أيضًا ، ونحن نربط تلك الإبرة.
EG: من أين أتى الدليل على هذه الفجوة ، بخلاف مجرد النظر إلى أحزمة Van Allen في الأرض؟ هل كانت هناك أي ملاحظات من أي من مراصد ناسا التي أظهرت أنه ستكون هناك فجوة مماثلة حول المشتري؟
س ب: استخدمنا التلسكوبات الراديوية مثل VLS (المصفوفة الكبيرة جدًا) والتلسكوبات الراديوية الأخرى حول العالم التي يمكن أن تنظر إلى المشتري ، وفي بعض الترددات يرون ما يسمى إشعاع السنكروترون. إشعاع السنكروترون هو إلكترونات عالية الطاقة تتحرك بالقرب من سرعة الضوء ، وتنبعث منها انبعاثات الراديو. يعطونها في هندسة محددة جدا تعتمد على الفيزياء النسبية. يمكننا أن نرى ذلك ، ويخبرنا شيئًا عن كيفية تشكيل الإشعاع ، وكيف يتم توزيع عدد الإلكترونات عالية الطاقة. يتم استخدامه في النماذج ، ويمكننا الإشارة إلى أنه يجب أن تكون هناك فجوة صغيرة ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنه عندما ننظر إلى هذا الإشعاع ، يبدو أنه ينفجر لأنه يقترب جدًا من المشتري. لكن لدينا دقة محدودة ، لذلك في حين أن هناك إشارة إلى وجود فجوة بين المشتري وأحزمة الإشعاع الخاصة به ، لا يوجد دليل إيجابي.
EG: إذن سيكون جونو نفسه الدليل الإيجابي على وجود فجوة بين المشتري وأحزمة الإشعاع الخاصة به؟
س ب: نعم. ثم لدينا قياس آخر يساعدنا على فهم ذلك. احتوت المركبة الفضائية جاليليو التي دارت حول المشتري في منتصف التسعينيات على مسبار دخل إلى الغلاف الجوي لكوكب المشتري لمعرفة ما صنع منه. أخذ هذا المسبار بعض القياسات مع بعض الأدوات الخام للغاية ، مثل عدادات جيجر تقريبًا ، وتشير البيانات من تلك القياسات إلى ذروة الإشعاع ثم فجوة قريبة من المشتري. لذا أعطانا ذلك دليلاً آخر على وجود فجوة. على الرغم من أنها مجموعة بيانات محدودة للغاية ، إلا أنها تتوافق مع نماذج التلسكوبات الراديوية.
EG: يجب أن يكون لديك أهداف علمية معينة في الاعتبار لمهمة جونو ، فكيف كان هذا الفهم لأحزمة إشعاع المشتري والمدار المطلوب لتجنبها ، يشكلان الأهداف العلمية لمهمة جونو؟ هل أجبرت على التخلي عن أي أهداف؟
"في الواقع ، كانت الأهداف العلمية هي التي دفعت المدار بشكل أساسي."
س ب: لا ، على الإطلاق. في الواقع ، كانت الأهداف العلمية هي التي دفعت المدار بشكل أساسي. هذا ما دفعنا إلى الرغبة في الاقتراب حقًا. كان السؤال هو إلى أي مدى يمكننا الاقتراب من ذلك بشكل آمن ، وكم مرة يمكننا أن تدور حولها؟ لذا أقول أن ما يفعله الإشعاع ، هو أنه لم يغير مدارنا بقدر ما يحد من عدد المرات التي يمكننا أن تدور فيها. لذلك كان لدينا وقت حياة محدود ، وبسبب تلك الحياة المحدودة ، ذهبنا إلى مدار سمح لنا برسم خريطة للكوكب بأسرع وقت ممكن. نريد أن نحلق به عن كثب ، على خطوط طول مختلفة ومتباعدة بالتساوي.
أخبرتنا الأهداف العلمية والقيود المفروضة على أحزمة الإشعاع أن Juno سيستمر لفترة طويلة فقط ، لذلك عليك الانتهاء من الخريطة في فترة زمنية محدودة. لذا هناك القليل من المقايضة. ربما كانت هناك طريقة لحماية جونو لفترة أطول مع المزيد من التيتانيوم ، والمزيد من الحماية ، لتدوم لفترة أطول قليلاً ، لكنها تصبح سيئة جدًا في النهاية ، لدرجة أنني لست متأكدًا مما إذا كنا نحميها أكثر من أنها ستستمر لفترة أطول.
"لو كنت قد تمكنت من وضع ما يكفي من الوقود على متن الطائرة ، لكنت قد غيرت المدار في منتصف المهمة ..."
EG: تناقص العوائد ، أعتقد؟
س ب: حق. لذا فإن قيود الهندسة والعملية لما يمكن أن نطلقه على صاروخ هي ما حد لنا. لو كنت قد تمكنت من وضع ما يكفي من الوقود على متن الطائرة ، لكنت استطعت تغيير المدار في منتصف المهمة للسماح لنا بالاستمرار لفترة أطول. يتطلب ذلك كمية هائلة من الوقود بالرغم من ذلك. ما يحدث ، عندما تكون قريبًا من المشتري ، فهو ليس متناظرًا تمامًا ، لذلك يبدأ في تغيير شكل مدار جونو.
EG: لذا ستحتاج إلى إجراء تصحيحات إذاً ، للحفاظ على المدار؟
س ب: نعم ، لكننا لا نستطيع. ليس لدينا ما يكفي من الوقود للقيام بشيء من هذا القبيل ، لذلك عليك أن تعيش مع ما يفعله المشتري في المدار. لذلك يبدأ في تحريف المدار حوله ، وفي كل مرة نأتي فيها إلى المشتري ، يبدأ في تحريف المدار أكثر قليلاً. نستخدم ذلك علميًا قليلاً ، لكن الحقيقة هي أنه شيء يجب علينا التعايش معه. بالنسبة للنصف الأول من المهمة ، إذا كانت الأوضاع صحيحة ، فلن نضطر إلى التعامل مع الحد الأقصى من الإشعاع ، ولكن في النصف الأخير من المهمة ، تبدأ في التفاقم. لا يمكننا تجنب أحزمة الإشعاع بقدر ما نستطيع في البداية. هذا هو الأساس الذي يحد من عمر مهمة جونو.
EG: إذن فالمشتري يؤثر باستمرار على مدار جونو ، ولديك قدرة محدودة على التعامل مع ذلك؟
س ب: هذا صحيح. ذلك لأن المشتري ليس مجالًا مثاليًا.
EG: وأحد الأهداف هو رسم جاذبية المشتري؟
س ب: نعم ، لمعرفة مدى عدم الكمال في المجال (ضحك) ، ثم للتعلم من ذلك عن شكل هيكلها الداخلي ، ومن ثم كيف تشكلت.
EG: يبدو هذا وقتًا جيدًا للسؤال عن شكل مدار جونو؟ ما مدى قربه من المشتري ، وإلى أي مدى سيصل خلال مداره؟
"... نحن بالقرب من الأقمار الخارجية ، بالقرب من كاليستو أو نحو ذلك."
س ب: إنه قطع ناقص ، مثل معظم المدارات ، وأقرب نقطة اقتراب منه حوالي 5000 كيلومتر (3100 ميل) فوق قمم السحابة أو نحو ذلك ، وهذا ما يسمى perijove. على الجانب الآخر ، نحن بالقرب من الأقمار الخارجية ، بالقرب من Callisto أو نحو ذلك.
EG: بعد مسافة بعيدة جدا.
س ب: نعم ، إنها بعيدة تمامًا. سيستغرق Juno 14 يومًا أو نحو ذلك لإكمال مدار. ثم الاتجاه الآخر يقع مباشرة فوق القطبين. فوق القطبين الشمالي والجنوبي. لكننا لا ندخل إلى هذا المدار على الفور. علينا أولاً أن نطلق صواريخنا وندخل في مدار أكبر بكثير يستغرق حوالي 53 يومًا للالتفاف ، والمسافة التي نبتعد عنها عن المشتري أبعد بكثير. على مدار الأشهر القليلة الأولى ، لدينا ما يكفي من الوقود لتعديل المدار للحصول على ما نريده في نهاية المطاف ، وهذا يستغرق بضعة أشهر للقيام به.
EG:لذا فإن جونو يعمل أيضًا بالطاقة الشمسية ، بخلاف وقوده لتغيير مداره. عليك أن تظل معرضًا للشمس ، لذا يجب أن يكون ذلك إضافيًا عند تصميم مدارك؟
"... بشكل عام ، نتجنب الظلال أو الغيبيات التي كتبها المشتري".
س ب: نعم ، كان هذا قيدًا إضافيًا بمعنى أنني أريد تجنب الدخول في ظل المشتري. أريد أن تشاهد الألواح الشمسية الشمس دائمًا. يمكننا قضاء فترات قصيرة بدون ذلك ، ولكن بشكل عام نتجنب الظلال أو الغيبيات التي كتبها المشتري.
EG: هل هذا أحد الأسباب التي جعلتك تأخذك بعيدًا جدًا عن المشتري؟ لتجنب الدخول في ظل المشتري؟
س ب: نعم هذا صحيح. على الرغم من أنه يمكنك تجنبه حتى لو كنت قريبًا جدًا ، إذا كنت تدور حول الجوانب. لست مضطرًا للذهاب خلف المشتري ، حتى لو كان المدار صغيرًا. ولكن عليك حساب كل ذلك والتأكد.
EG: هل ستكون جميع أدوات جونو نشطة طوال مداراتها كلها؟ أم أن بعض المدارات مخصصة لأجهزة استشعار وأجهزة معينة؟
س ب: بشكل عام ، جميع الأدوات نشطة. لكن لدينا مدارات تركز على أشياء معينة بناءً على متطلبات التأشير. على سبيل المثال ، قياس الجاذبية. عندما نريد قياس مجال الجاذبية ، يجب أن نتأكد من توجيه الهوائي إلى الأرض قدر الإمكان. هذه هي الطريقة التي تقيس بها مجال الجاذبية ، هل تنظر إلى الإشارة التي يرسلها جونو إلى الأرض ، وتقيس تحول دوبلر لإشارة الراديو ويخبرك بكيفية دفع مجال الجاذبية وسحبه على جونو.
عندما لا نقيس مجال الجاذبية ، لدينا أدوات أخرى تفضل أن تشير مباشرة إلى المشتري. لا يزال بإمكانهم أخذ البيانات أثناء قياس مجال الجاذبية ، ولكن من الأفضل إذا كانوا يشيرون مباشرة إلى المشتري. يمكننا تحمل ذلك لأن المصفوفات الشمسية لا تزال موجهة إلى الشمس ، ولا يزال بإمكاننا البقاء على اتصال مع المركبة الفضائية ، لا يمكننا الحصول على قياس مجال الجاذبية بالكامل.
"... في نهاية المهمة ، من غير المتوقع أن تؤدي الخلايا الشمسية أداءً جيدًا كما هو الحال في البداية."
لذلك لدينا بعض المدارات المخصصة لهذه الهندسة. بالطبع عندما نكرس أنفسنا لذلك كان يمكننا إغلاق نظام الجاذبية إذا لم نستخدمه. لكن أعتقد أن تقديراتنا الآن هي أن قوتنا كافية حتى نتمكن من الحفاظ على كلاهما في نفس الوقت. سواء فعلنا ذلك أم لا ، فهذا ليس مطلوبًا ، ولكن في نهاية المهمة لا يُتوقع أن تؤدي الخلايا الشمسية أداءً جيدًا كما تفعل في البداية.
EG: هذا بسبب الإشعاع؟ ولنفس السبب الذي يجعل الإلكترونيات حساسة ، ستتحلل الخلايا الشمسية بمرور الوقت؟
س ب: هذا صحيح. لذا قمنا بحمايتهم ، لكننا لا نعرف مدى نجاح ذلك بالضبط. ليس لدينا ذلك في خططنا ، ولكن يمكننا استيعابه بفكرة أنه في نهاية المهمة ، إذا لم يكن لدينا ما يكفي من القوة لتشغيل كل شيء ، يمكننا البدء في إغلاق بعض الأدوات التي قام بمعظم العلوم التي أردنا لهم القيام بها. يمكننا نوعًا ما يتناوبون على أي الآلات تعمل وأيها لا تعمل.
EG: هذا يمنحك بعض المرونة في المهمة إذا كان الإشعاع أشد مما يوحي النمذجة؟ هل سيكون لديك بعض المرونة لتحديد الأولويات قرب النهاية؟
س ب: هذا صحيح. في الوقت الحالي ، تشير نماذجنا إلى أننا لن نضطر إلى القيام بذلك ، ولكننا قادرون على تحويل هذا المينا إذا احتجنا ذلك.
EG: أتساءل عن النمذجة التفصيلية التي قمت بها لإشعاع المشتري ومهمة Juno ، والنظر في المعلومات المتاحة على مواقع وكالة ناسا الإلكترونية ومصادر أخرى. يقترح أن جميع أدوات جونو لا يتوقع أن تنجو من المدارات الـ 33 ، هل هذا صحيح؟ هل هناك نوع من أفضل سيناريو لبقاء الأداة؟ لقد قرأت أن JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) وربما Junocam قد تستمر حتى المدار الثامن فقط ، وقد يستمر مقياس الإشعاع الميكرويفي حتى المدار 11. هل هذا النوع من أفضل سيناريو؟ أو في منتصف نموذج الطريق الذي تتبعه لأرقام المدار؟
س ب: نأمل أن يكون هذا هو أسوأ سيناريو. لقد تم تصميمها للبقاء على قيد الحياة مع عامل هامشين من الإشعاع. ربما يكون أكبر بقليل من عامل اثنين. لذلك يجب أن يكونوا قادرين على القيام بذلك دون مشكلة. ستكون مفاجأة إذا لم تستمر طويلا. نتوقع أنهم سيذهبون على الأرجح إلى نهاية المهمة. لكنني لا أعتمد على ذلك ، ولا أطلب ذلك. جاء ذلك من حقيقة أن اثنين من هذه الأدوات لا تحتوي على أجهزتها الإلكترونية داخل قبو <التيتانيوم>.
EG: هل هذا لأنهم لا يحتاجون جميع المدارات الـ 33 لتنفيذ مهمتهم؟ هل الأجهزة ذات أولوية لتكون داخل قبو التيتانيوم بناءً على عدد المدارات التي يحتاجونها لإكمال مهمتهم؟
"في القبو مع جميع الإلكترونيات يمكن أن يكون مكانًا دافئًا إلى حد ما ، وبعض الأدوات تكون أفضل قليلاً عندما تكون باردة."
س ب: هذا صحيح. هكذا قمنا بهذا الاختيار. من الواضح أنهم كانوا بحاجة إلى بعض الحماية من إشعاع المشتري ، لذلك هناك صناديق صغيرة حولهم ، ولكن ليس مثل القبو العملاق. هناك أيضًا بعض الأسباب الأخرى لعدم وجودهم في القبو. هناك بعض الفوائد لإخراجهم. في القبو مع جميع الإلكترونيات يمكن أن يكون مكانًا دافئًا إلى حد ما ، وبعض الأدوات تكون أفضل قليلاً عندما تكون باردة. لذلك هناك تداولات مختلفة استمرت. لكنك ميزتها جيدًا بمعنى أننا لسنا مطالبين من أجل تحقيق الأهداف العلمية لجعلها تدوم طوال المهمة. لكن توقعاتي هي أن هناك فوائد إذا استمرت لفترة أطول ، لذلك لدينا أمل عندما صممناها أن تستمر لفترة أطول.
EG: سكوت ، ما هو لقبك الرسمي في وكالة ناسا؟
س ب: رسمياً يطلق عليه الباحث الرئيسي. لذلك أنا الباحث الرئيسي لمهمة جونو. هذا لقب رسمي يعني شيئًا فقط لأشخاص ناسا إلى حد كبير.
EG: هل كنت في تصميم المهمة منذ بداية Juno؟
س ب: آه أجل. لقد صنعت كل شيء أو العملية برمتها. ما يعنيه الباحث الرئيسي للشخص العادي هو المسؤول عن جونو. عن أي شيء وكل شيء مرتبط بـ Juno ، أنا مسؤول عن نجاحه. سواء كان التصميم أو الهندسة أو العلوم أو بنائه في الوقت المحدد أو إنفاق الكثير من المال أو الجدول الزمني أو كل هذا النوع من الأشياء. طريقة أخرى لقول ذلك هي أنه إذا حدث أي خطأ ، فأنا من يلام [ضحك].
EG: حسنًا ، أعتقد أن الكثير من الأمور ستسير بشكل صحيح [ضحك]. لذا ، مثلي ، يجب أن تتوقع بشغف وصول جونو إلى المشتري. ما هو الجزء الأكثر إثارة وإثارة من مهمة جونو ، إذا كان عليك اختيار شيء واحد؟ أنا متأكد من أنه يكاد يكون من المستحيل الإجابة. وماذا قد تكون مفاجأة لك؟ عندما ننظر إلى وصول نيو هورايزون إلى بلوتو والأشياء المفاجئة التي وجدناها هناك ، أو يجد كاسيني نوافير الجليد ، يبدو دائمًا أن هناك مفاجأة تنتظرنا. ما رأيك الأكثر إثارة حول جونو ، أو ما رأيك قد يكون نتيجة مفاجئة؟
"... الجزء المثير في Juno هو أننا ذاهبون إلى مكان لم يذهب إليه أحد من قبل."
س ب: حسنًا ، حسب تعريف المفاجأة ، لا يمكنني التخمين. لم يكن من الممكن توقع أي من هذه الأشياء ، ولهذا كانت مفاجآت. لكن كما تعلمون ، الجزء المثير في Juno هو أننا نذهب إلى مكان لم يذهب إليه أحد من قبل. سنقوم بعمل قياسات لم يتم إجراؤها من قبل. لدينا أدوات لم يتم إنشاؤها من قبل ، ناهيك عن إدخالها في هذه الهندسة المدارية الفريدة حيث يمكنك إجراء قياسات خاصة. لذلك أعتقد أن توقع تعلم شيء جديد تمامًا سيفاجئنا هو الجزء المثير.
ما الذي سنتعلمه حقاً والذي سيغير أفكارنا حول المكان الذي أتينا فيه وكيف وصلنا إلى هنا؟ كيف يبدو المشتري حقا؟ هناك الكثير من الألغاز حولها ، وهي مهمة للغاية. حتى اليوم ، الأشياء التي تعلمناها عن نظامنا الشمسي ، والأشياء التي تعلمناها عن أنظمة شمسية أخرى حيث تمكنا من البدء في رؤية الكواكب الخارجية ، جعلت المشتري أكثر أهمية بالنسبة لنا. إنها تحمل المفتاح حقًا ، وأعتقد أن الجزء المثير هو أننا سنفتح أخيراً أحد أبواب تلك الأسرار. نحن نساعد في جعل الطريق للمهمات المستقبلية لمعرفة المزيد.
الشيء الآخر الذي أجده مثيرًا هو على الرغم من أنني ما يسمى المحقق الرئيسي ، وإذا سألت وكالة ناسا عما يعنيه ذلك وأخبروك أنني مسؤول عن كل شيء ، فإن الحقيقة الحقيقية هي أنه ليس شخصًا واحدًا. إنه فريق ضخم جعل هذا يحدث. وقد ساعد ذلك في تصميمه ، وخلق طريقة للقيام بذلك ، وفهم القيود ، وفهم كيف يمكن أن يعمل ، واكتشاف التقنيات التي نحتاجها لتحقيق ذلك ، والتي كانت لديها في الأساس رؤية لإنشائها ، وكان لديها القدرة على تنفيذها وتحقيق هذه الرؤية إلى واقع. أنا متحمس لأنني جزء من هذا الفريق من الأشخاص الذين ينجزون ذلك ، وأن هذا الفريق هو في الواقع مجرد جزء من مجتمعنا وإنسانيتنا ، وكلهم يحاولون محاولة اكتشاف الأشياء. أشياء مثل كيف ننسجم مع الطبيعة وكيف يعمل الكون. أنا متحمس بشكل عام لأكون جزءًا من شيء يحاول فعل شيء كهذا.
EG: إنه أمر رائع وأنا أتفق تمامًا مع كلماتك ، وأعتقد أنه أمر مثير بالنسبة لي ولقراء مجلة الفضاء. إنها مهمة ضخمة ، ولا يمكننا الانتظار لبدء استعادة بعض النتائج. وبعض الصور. إنه مثير للغاية.
س ب: أنا أيضا. [ضحك]
EG: شكرًا على الوقت الذي قضيته في التحدث معي اليوم سكوت. نأمل أن نتحدث مرة أخرى. أعلم أن الناس مهتمون بشدة بمهمة جونو.
س ب: على الرحب و السعة. اتمنى لك يوم جيد.
