Nye data om stråling giver mulighed for missioner til Jupiters måne Europa

Forskere fra NASA's Juno-mission har udviklet det første komplette 3D-strålingskort over Jupitersystemet, herunder karakterisering af intensiteten af de højenergiske partikler i nærheden af ismånen Europas bane, og hvordan strålingsmiljøet formes af de mindre måner, der kredser om Jupiter. Arbejdet bygger på data indsamlet af Junos stjernekamera Advanced Stellar Compass (ASC), som er designet og bygget af DTU, og Stellar Reference Unit (SRU), som er bygget af Leonardo, S.p.A. i Firenze, Italien. De to datasæt supplerer hinanden og hjælper Juno-forskerne med at karakterisere strålingsmiljøet ved forskellige energier.

Både DTU’s kamera ASC og SRU er kameraer til svagt lys, der er designet til at hjælpe med udfordringerne ved navigation i det ydre rum. Disse typer instrumenter findes på næsten alle interplanetariske rumfartøjer og rumfartøjer i kredsløb om Jorden. For at få dem til at fungere som strålingsdetektorer måtte Junos videnskabsteam se på kameraerne i et helt nyt lys.

”På Juno forsøger vi at opfinde nye måder at bruge vores sensorer til at lære om naturen på, og vi har brugt mange af vores videnskabelige instrumenter på måder, de ikke var designet til,” siger Scott Bolton, Junos videnskabelige leder fra Southwest Research Institute i San Antonio.

”Dette er det første detaljerede strålingskort over regionen ved disse højere energier, hvilket er et stort skridt i retning af at forstå, hvordan Jupiters strålingsmiljø fungerer. At vi har været i stand til at skabe det første detaljerede kort over regionen, er en stor ting, fordi vi ikke har et instrument, der er designet til at lede efter stråling. Kortet vil hjælpe med at planlægge observationer for den næste generation af missioner til det jovianske system,” siger Scott Bolton.

Tæller ildfluer

Junos ASC-stjernekamera tager billeder af stjernerne for at bestemme rumfartøjets orientering i rummet, hvilket er afgørende for, at rumfartøjets MAG-eksperiment bliver en succes. Men de fire stjernekameraer - der er placeret på Junos magnetometerarm - har også vist sig at være værdifulde detektorer af strømme af højenergipartikler i Jupiters magnetosfære. De registrerer ’hård stråling’ - ioniserende stråling med høj gennemtrængningskraft, som rammer et rumfartøj med tilstrækkelig energi til at passere gennem ASC-stjernekameraets afskærmning.

”Hvert kvarte sekund tager ASC et billede af stjernerne,« siger Juno-forsker og professor på DTU John Leif Jørgensen.

”Meget energirige elektroner, der trænger igennem afskærmningen, efterlader tydelige signaturer på vores billeder, der ligner sporet af ildfluer. Instrumentet er programmeret til at tælle antallet af disse ildfluer, hvilket giver os en præcis beregning af mængden af stråling,” siger John Leif Jørgensen.

På grund af Junos stadigt skiftende bane har rumfartøjet krydset praktisk talt alle regioner i rummet nær Jupiter.

Data fra DTU’s stjernekamera tyder på, at der er betydelig mere stråling med meget høj energi i forhold til stråling med lavere energi i nærheden af Europas bane end tidligere antaget. Dataene bekræfter også, at mængden af højenergielektroner på den side af Europa, der vender i månens bevægelsesretning, er større end i månens slipstrøm. Det skyldes, at de fleste elektroner i Jupiters magnetosfære indhenter Europa bagfra på grund af Jupiters og dens magnetfelts rotation, men de meget energirige elektroner driver baglæns, næsten som fisk, der svømmer opstrøms, og de rammer Europas forside.

Strålingsdataene fra Jupitersystemet er ikke det første videnskabelige bidrag, ASC har ydet til missionen. Allerede inden ankomsten til Jupiter blev ASC-data brugt til at bestemme en måling af interplanetært støv, der ramte Juno. Og kameraet opdagede endda en hidtil ukendt komet ved hjælp af den samme støvdetekteringsteknik - ved at skelne mellem små stykker af rumfartøjet, der blev slynget ud af mikroskopisk støv, som ramte Juno med meget høj hastighed.

Resultaterne fra Juno missionen er i den afsluttende runde af fagfællebedømmelse og offentliggøres i det videnskabelige tidsskrift Geophysical Research Letters.

Ringe af støv

Ligesom ASC er SRU blevet brugt som strålingsdetektor og til at tage billeder i svagt lys.

Data fra Junos SRU og ASC indikerer, at de små måner, der kredser inden for, eller tæt på kanten af Jupiters ringe, ligesom Europa også ser ud til at interagere med Jupiters strålingsmiljø. Når rumfartøjet flyver gennem magnetiske feltlinjer, der er forbundet med ringmåner eller tæt støv, falder strålingstallet på både ASC og SRU drastisk. SRU indsamler også sjældne billeder af ringene i svagt lys fra Junos unikke udsigtspunkt.

”Det er stadig et stort mysterium, hvordan Jupiters ringe blev dannet, og meget få billeder er blevet indsamlet af tidligere rumfartøjer,” siger Heidi Becker, ledende medforsker for SRU og forsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory, som administrerer missionen.

”Nogle gange er vi heldige at fange en af de små måner i billedet. Disse billeder giver os mulighed for at lære mere præcist, hvor ringmånerne befinder sig i øjeblikket, og se fordelingen af støv i forhold til afstanden fra Jupiter,”  siger Heidi Becker.

 

Mere om missionen

Jet Propulsion Laboratory (JPL), en afdeling af NASA i Pasadena, Californien, administrerer Juno-missionen, som er en del af NASA's New Frontiers Program. Astrofysiker Scott Bolton fra Southwest Research Institute i San Antonio har det overordnede videnskabelige ansvar for missionen. Selve Juno-rumfartøjet er bygget og drives af Lockheed Martin Space i Denver, mens flere af instrumenterne er bygget af universiteter rundt om i verden - bl.a. på Danmarks Tekniske Universitet.

Læs mere om Juno på NASA's hjemmeside.