Juno op bezoek bij Jupiter

Moderator: Astro

Reageer
Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Juno op bezoek bij Jupiter

Vannacht om half vijf komt na een reis van bijna 5 jaar de sonde Juno aan bij Jupiter, de grootste planeet van ons zonnestelsel.

 
Jupiter et aurora.jpg
Jupiter et aurora.jpg (105.36 KiB) 1574 keer bekeken
Jupiter en zijn noordelijk aurora. Combinatie van opnamen in zichtbaar (planeet) en UV (aurora) licht gemaakt door de Hubble ruimtetelescoop.
Bron Nasa/Esa. Klik op de afbeelding voor grote weergave.

 

Juno is ruim 3,5 ton zwaar en heeft drie enorme zonnepanelen om de energievoorziening zo ver van de Zon veilig te stellen. Ondanks hun grote oppervlak van 70 m2 leveren ze slechts 450 Watt energie, omdat de hoeveelheid invallend zonlicht bij Jupiter slechts 1/25 van die hier op Aarde is.

 
Juno zonnepaneel.jpg
Juno zonnepaneel.jpg (56.11 KiB) 1573 keer bekeken
Een van de zonnepanelen van de sonde. Bron: Nasa. Klik op de afbeelding voor grote weergave.

 

Juno zal zich bij aankomst bevinden in een zeer gevaarlijke omgeving met hoge stralingsniveaus. Hoogenergetische deeltjes gieren rond in het krachtige magneetveld van de planeet. Daarom is alle gevoelige apparatuur ondergebracht in een kluis van titanium met wanden van 1 cm dik.

 
De kluis van Juno.png
De kluis van Juno.png (680.32 KiB) 1573 keer bekeken
Schematische weergave van de 'kluis' met het instrumentarium. Bron: Nasa. Klik op de afbeelding voor grote weergave.

 


Juno zal in een zeer langgerekte baan om Jupiter draaien. Het perijovium is slechts 4200 km boven het wolkendek en het apojovium ligt op 3 miljoen kilometer. 37 keer zal Juno zo een 'snoekduik' over de polen tot dicht bij de bovenste lagen van de atmosfeer maken, om na 2 jaar de missie te beëindigen met een finale duik in Jupiters extreme atmosfeer waar de sonde volledig zal verbranden. Tenminste, als de automatische afremprocedure vannacht lukt, en Juno de extreme straling in de omgeving van Jupiter lang genoeg overleeft.

 
Juno propulsion system.jpg
Juno propulsion system.jpg (204.59 KiB) 1573 keer bekeken
Het voortstuwings- / rem systeem van Juno. Bron JPL. Klik op de afbeelding voor grote weergave.

 

Juno is na Galileio (1995-2003) de tweede sonde die gedetailleerd onderzoek zal gaan doen naar Jupiter. Heeft de gasreus een vaste kern? Waar komen de prachtige aurora's vandaan die alleen in UV en röntgen licht goed waarneembaar zijn? Hoe sterk is het magneetveld precies en hoe is het opgebouwd? Wat is de samenstelling en de temperatuur- en drukopbouw van de atmosfeer? Hoe hard waait het op verschillende diepten in de enorm dichte atmosfeer? Uiteindelijk moeten de metingen resulteren in een veel beter begrip van de samenstelling, processen en het ontstaan van de gasreus en daarmee ook van ons zonnestelsel. Hiernaast zal Juno ook gebruikt worden om de Algemene relativiteitstheorie te testen; de grote massa en snelle rotatie van de gasreus moeten een duidelijke meetbare framedragging opleveren.


 
Juno overzicht.jpg
Juno overzicht.jpg (72.67 KiB) 1573 keer bekeken
Overzicht instrumentarium. Bron: JPL. Klik op de afbeelding voor grote weergave.
  • GS: De grote radioschotel DSS25 in Goldstone zend gemoduleerde signalen naar Juno die door de high gain antenne van Juno worden opgevangen en direct worden teruggestuurd naar de Aarde. Na een aantal correcties (onderlinge snelheid planeten, vertragingen in de elektronica, relativistische effecten et cetera) kan zo de omloopbaan van Juno tot op een meter nauwkeurig worden bepaald. Afwijkingen in die baan duiden op afwijkingen in het zwaartekrachtveld van Jupiter. Die afwijkingen kunnen informatie geven over de interne opbouw van Jupiter, en ondermeer een antwoord geven op de vraag of Jupiter een vaste kern heeft of niet.
  • MAG: Jupiter heeft een, vergeleken met de Aarde, enorm krachtig magneetveld. Dat veld zal door MAG met grote precisie in beeld gebracht worden. Op het veld van de Aarde na, is dit de eerste keer dat een planetair magneetveld zo nauwkeurig in beeld gebracht zal worden.
  • MWR: De microgolf radiometer zal de structuren en de samenstelling van de atmosfeer diep in het wolkendek van Jupiter gaan bestuderen. Het doordringend vermogen wordt geschat op 550 kilometer, waar een druk van 1000 Bar heerst. Onder andere zal de hoeveelheid water en ammoniak in de Jupiteratmosfeer gemeten worden.
  • JEDI: Met deze deeltjesdetector worden hoog energetische ionen (tot 1 GeV) gemeten en hun gedrag in het magnetisch veld van de reuzenplaneet. De detector zal in staat zijn onderscheid te maken tussen waterstof, zuurstof, zwavel en andere ionen. Tevens zal Jedi aanvullende informatie kunnen geven over het 'poollicht' de prachtige aurora's aan de polen.
  • JADE: Dit instrument zal ons veel meer leren over de aurora's. Het meet inkomende deeltjes met wat lagere energie (elektronen en ionen tot 30 KeV), hun energie, snelheid en richting.
  • WAVES: Dit instrument zal de radio- en plasma golven (50Hz tot 40MHz) in de magnetosfeer meten en moet helpen bij het begrijpen van de interacties tussen het magneetveld en de atmosfeer.
  • UVS: Met deze ultraviolet spectrograaf in het 70 tot 205-nanometer gebied zal onderzoek gedaan worden aan de aurora's van Jupiter. Wat is de precieze bron van dit fenomeen, hoe ontstaan deze aurora's?
  • JIRAM: Ook dit instrument zal onderzoek doen naar de aurora's, maar ook naar de bovenlagen van de atmosfeer, dit keer in het infrarode (warmte) gebied (2 tot 5 µm). De absorptie door water en methaan zal gemeten kunnen worden en wolken in de bovenste lagen van de atmosfeer (tot ongeveer 10 bar diepte) kunnen in beeld gebracht worden.
  • JunoCam: Deze camera bevat een 1600 bij 1200 pixels sensor en kan foto's in het zichtbare licht maken met een beeldhoek van bijna 60 graden. Na een complete passage ontstaat er zo een vrijwel de gehele planeet omvattende opname van Jupiter. De JunoCam heeft vier filters: RGB en een speciaal filter voor de methaanband (890 nm). JunoCam zal dus full color afbeeldingen van Jupiter maken. Welke opnamen er worden gemaakt wordt door stemming via internet bepaald. In het perijovium (op ongeveer 5000 kilometer boven het wolkendek) zal de resolutie ongeveer 15 km per pixel zijn.
BBC web extra filmpjes over enkele vragen die er zijn mbt de ontstaansgeschiedenis van Jupiter en zijn samenstelling hier en hier.

 
Wordt vervolgd..

Gebruikersavatar
Berichten: 7.463

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Misschien een domme vraag: hoe kan een gasreus een magnetisch veld hebben?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Dat is geen domme maar een goede vraag.
 
Het wordt naar aangenomen veroorzaakt door metallisch waterstof. De elektronen draaien daarin niet meer rond de kern en verplaatsen zich vrijelijk door de stof. Onder extreme druk (> 2.500.000 bar) verandert het waterstofgas in ontaarde materie, die niet alleen vloeibaar is maar ook geleidend.
De hoge rotatiesnelheid van Jupiter en de hoge temperatuur zouden in dit metallische waterstof van de (buiten?) kern sterke convectiestromen veroorzaken, en het geheel functioneert dan als een gigantische generator. Het veld is ongeveer 20.000 keer sterker dan dat van de Aarde, en de omvang is enorm. Als we het veld zouden kunnen zien vanaf de Aarde, zou het wat groter zijn dan de volle Maan.
 
Hier een Juno opname van de passage van de 'bow shock'; de overgang tussen de zonnewind en de magnetosfeer van Jupiter.
 

 
En hier een BBC web extra over metallisch waterstof in Jupiter: klik

Gebruikersavatar
Berichten: 10.557

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Wat ik me dan afvraag - excuses als dit te veel offtopic gaat - of er feitelijk dan wel een onderscheid is tussen een gasreus met een vaste kern en een rotsplaneet met een atmosfeer?
Cetero censeo Senseo non esse bibendum

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Eenvoudige vraag die zich lastig laat beantwoorden.
 
Het staat nog niet vast of Jupiter wel een vaste (rots)kern heeft, maar de meeste planetaire evolutiemodellen gaan daar van uit. Er zou eerst voldoende (rotsachtig) materiaal geaccumuleerd moeten zijn (denk dan aan 10 aardmassa's of meer) om voldoende gravitatie te verkrijgen voor het vasthouden van lichte gassen als waterstof en helium. Uiteindelijk domineerde daarna de enorme massa van deze gassen. Het is echter goed mogelijk dat die oorspronkelijke kern, die enorm heet zou moeten zijn, vermengd is geraakt met het metallisch waterstof.
 
Maar er is niet erg veel zeker wat dit betreft, Juno zou ons kunnen helpen bij het ontraadselen.
 
Onderscheid maken in een zonnestelsel waarin er van alles rond van alles draait en mogelijk van buiten- naar binnenregionen migreerde en andersom, daarnaast in massa variërend van stofdeeltje tot gasreus en zonder echt duidelijke overgang tussen de ene en de andere verschijningsvorm blijft een lastige kwestie.
 
We onderscheiden gasreuzen (Jupiter, Saturnus), ijsreuzen (Uranus, Neptunus), rotsplaneten (Mercurius, Venus, Aarde, Mars), (ijs)dwergen (Pluto, Eris, Makemake, Haumea en Ceres) en een hele menagerie aan kleiner grut dat uit rots, ijs (water, stikstof, methaan, ammoniak)  of een mengvorm bestaat. En bij de exoplaneten hebben we het over super 'Aardes', hete 'Jupiters' en nog een aantal verschijningsvormen. We maken onderscheid op grond van samenstelling, massa, gravitatie-invloed (b.v. Trojanen en Hilda's) en locatie (b.v. TNO's).
 
Het is zelfs mogelijk dat planeten van 'soort' veranderen. Zo is het denkbaar dat een gasreus door wrijving met interplanetair stof en gruis zo ver inwaarts migreert dat de nabije ster de sterk verhitte atmosfeer ondanks de enorme omvang met haar stralingsdruk het heelal in blaast en er een gloeiende 'superaarde' overblijft. Andersom is het niet ondenkbaar dat een aanvankelijke rotsachtige zeer jonge 'superaarde' door een gravitatiezwieper naar de buitenregionen gelanceerd wordt waar hij, vermits daar nog voldoende waterstof en helium aanwezig is, tot gasreus 'promoveert'.
 
Hoe meer we weten hoe duidelijker wordt dat er een duizelingwekkende verscheidenheid bestaat en ieder groter object veel unieke kenmerken heeft.
 
We trekken dus onzekere scheidslijnen op basis van massa, samenstelling, locatie, temperatuur en ontstaansgeschiedenis in een poging dit alles netjes te categoriseren, wat natuurlijk niet echt lukt.
 
Dit gezegd hebbende, het formele onderscheid tussen rotsplaneten en gasreuzen is gebaseerd de verhouding tussen de lichtste elementen (waterstof, helium) en zwaardere elementen/verbindingen. Jupiter en Saturnus bestaan voor het overgrote deel uit de lichtste elementen, terwijl die in de rotsplaneten vrijwel ontbreken. Uranus en Neptunus bevatten veel water, ammoniak en methaan, en zijn dus sedert een jaar of 20 een aparte categorie.

Gebruikersavatar
Berichten: 22

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Hoe ontstaan deze enorme aurora's eigenlijk? Jupiter ligt toch ver van de Zon?
 
Volgens het AGU ontstaan deze aurora's door interactie met de maan Io. Ze zeggen duidelijk dat het niets met de Zon te maken heeft (klik). Zeer vreemde uitleg..."Interactions with the excited particles from Io likely also fuel these auroral explosions, new research shows, not interactions with particles from the Sun."
 
Afbeelding

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Alweer een prima vraag.

 

Op Aarde zijn het de geladen deeltjes van de Zonnewind (voornamelijk elektronen en protonen) die ingevangen worden door het magneetveld van de Aarde en naar de (magnetische) polen worden getransporteerd. Daar botsen de deeltjes met de buitenlagen van de atmosfeer en verliezen zo bewegingsenergie. Dat resulteert in ionisatie en exitatie van gassen hoog in de atmosfeer waardoor deze oplichten en de bekende Aurora Borealis of aan de zuidpool Aurora Australis, beter bekend als noorder- en zuiderlicht vormen. Alleen als er een uitbarsting geweest is op de Zon worden er voldoende deeltjes naar de Aarde gejaagd om een goed zichtbare aurora te vormen.

 

Bij Jupiter gebeurt er iets soortgelijks, maar nu komen de elektronen en protonen niet alleen van de Zon. Een bron van deze deeltjes is inderdaad waarschijnlijk de maan Io, het vulkanisch meest actieve lid van het zonnestelsel. Io zendt een bijna continue stroom geladen deeltjes de ruimte in, die door het enorme magneetveld van Jupiter worden ingevangen en naar de (magnetische) polen worden gezonden. Daar vinden in de buitenlagen van de atmosfeer soortgelijke ionisaties en exitaties van gassen plaats die een vrijwel ononderbroken aurora veroorzaken. Maar ook van andere manen van Jupiter (Europa en Ganymedes) zouden deeltjes ingevangen worden. Het lijkt er inderdaad op dat de min of meer concentrische boogdelen van de aurora ieder een 'eigen' maan hebben, van buiten naar binnen: Io, Europa, Ganymedes. Deze aurora's zijn voornamelijk in het uv spectrum goed zichtbaar.

 
jupiteraurora.jpg
jupiteraurora.jpg (11.92 KiB) 1573 keer bekeken
 

Natuurlijk is de dichtheid van de zonnewind op deze afstand veel lager, maar het magnetisch veld is ook enorm veel groter en vangt dus nog steeds veel deeltjes in, zodat ook zonnewind een duidelijke invloed zou kunnen hebben. Onderzoek lijkt er ook op te wijzen dat de aurora's in met name in het röntgengebied veroorzaakt worden door zonnewind (klik, klik).

 
xray_auroras_strip.jpg
xray_auroras_strip.jpg (18.55 KiB) 1571 keer bekeken
Aurora in röntgen. Bron Chandra röntgen satelliet Nasa

 

Kortom, er zijn nog veel vragen en het is een actief onderzoeksgebied waarbij de metingen van Juno van grote waarde kunnen zijn.

Berichten: 703

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Michel Uphoff schreef: Bij Jupiter gebeurt er iets soortgelijks, maar nu komen de elektronen en protonen niet alleen van de Zon. Een bron van deze deeltjes is inderdaad waarschijnlijk de maan Io, het vulkanisch meest actieve lid van het zonnestelsel. Io zendt een bijna continue stroom geladen deeltjes de ruimte in, die door het enorme magneetveld van Jupiter worden ingevangen en naar de (magnetische) polen worden gezonden. Daar vinden in de buitenlagen van de atmosfeer soortgelijke ionisaties en exitaties van gassen plaats die een vrijwel ononderbroken aurora veroorzaken. Maar ook van andere manen van Jupiter (Europa en Ganymedes) zouden deeltjes ingevangen worden. Het lijkt er inderdaad op dat de min of meer concentrische boogdelen van de aurora ieder een 'eigen' maan hebben, van buiten naar binnen: Io, Europa, Ganymedes. Deze aurora's zijn voornamelijk in het uv spectrum goed zichtbaar.
 
Is dit dan diezelfde straling waartegen de instrumenten beschermd moeten worden?
Hier staan trouwens een aantal mooie foto's van Juno tijdens de bouw.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

160705142348-juno-nasa-celebrate-exlarge-169.jpg
160705142348-juno-nasa-celebrate-exlarge-169.jpg (95.58 KiB) 1573 keer bekeken
 
Juno is aangekomen bij Jupiter, en naar het zich laat aanzien na de volledig autonome Jupiter Orbit Insertion Maneuver nauwkeurig in de geplande baan met een omloopduur van 53 dagen terecht gekomen. De sonde zal getest en voorbereid worden op de wetenschappelijke missie. Op 19 oktober volgt een lastige baancorrectie die Juno dichter bij Jupiter zal brengen in een omloopbaan van 14 dagen.
 
Hier een (op de muzak tussen de scènes na) opvallend goede documentaire van een uur over Jupiter, Juno, de instrumenten, de bouw en tests van de sonde en de lancering. Aanrader voor geïnteresseerden:
 

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Is dit dan diezelfde straling waartegen de instrumenten beschermd moeten worden?
 
Inderdaad. Het magneetveld van Jupiter draait met de planeet mee en zwiept met enorme vaart door de wolken geladen deeltjes (plasma) die voornamelijk door Io uitgestoten worden (tot 1000 kg plasma per seconde), hoewel ook de zonnewind, de andere grote manen van Jupiter en de kosmische straling deeltjesleveranciers zijn. Vervolgens worden deeltjes via de veldlijnen als in een deeltjesversneller richting polen gevoerd waar ze de aurora's veroorzaken.  In een ring rond de evenaar, vergelijkbaar met de van Allen gordels hier bij de Aarde maar veel energieker, worden ook deeltjes met zeer hoge energie (tot 100 MeV) ingevangen.
 
fig_01_l.jpg
fig_01_l.jpg (118.26 KiB) 1573 keer bekeken
Schematische weergave magnetosfeer Jupiter. Bron: Jaxa
 
Een gedetailleerde beschrijving van de zeer complexe dynamiek binnen de magnetosfeer van Jupiter vind je in dit Wikipedia artikel.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Vorige week zaterdag naderde Juno Jupiter voor het eerst tot korte afstand. Juno trok over de noordpool van Jupiter, dook bij de evenaar op een afstand van slechts 4200 km onder de donutvormige stralingsgordel door, trok over de zuidpool en is inmiddels weer onderweg naar haar apojovium op 8 miljoen kilometer afstand. Pas na de voltooiing van de tweede wijde baan zal Juno op 19 oktober haar remraket ontsteken waarna zij in haar 'science orbit' met een periode van 14 dagen terecht zal komen.
 
ZlwTK.png
ZlwTK.png (262.51 KiB) 1572 keer bekeken
Om de intense straling zoveel mogelijk te vermijden is de omloopbaan van Juno langgerekt, en duikt Juno tijdens haar close encounters zoveel mogelijk onder de stralingsgordels door.
 
Tijdens deze eerste passage zijn door de Junocam opnamen gemaakt van de noord- en zuidpool van Jupiter. Unieke beelden!:
 
Noordpool Jupiter 78000 km door Juno.jpg
Noordpool Jupiter 78000 km door Juno.jpg (124.2 KiB) 1572 keer bekeken
Zuidpool Jupiter 78000 km hoogte door Juno.jpg
Zuidpool Jupiter 78000 km hoogte door Juno.jpg (84.73 KiB) 1572 keer bekeken
Noord- en zuidpool van Jupiter door Junocam. Bron: Nasa/Caltech.
Aan de polen geen fraaie wolkenbanden zoals bij de evenaar, maar gebieden met tientallen stormen. Geen spoor van de hexagonale wolken die aan de noordpool van Saturnus waarneembaar zijn. Klik voor grotere weergave.
 
Zuidpool Jupiter aurora op 3.3 tot 3.6 micron IR.jpg
Zuidpool Jupiter aurora op 3.3 tot 3.6 micron IR.jpg (249.23 KiB) 1572 keer bekeken
Eerste beelden van de zuidelijke aurora, gemaakt door JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper). Bron: Nasa/Caltech.
De golflengte varieert van 3,3 tot 3,6 µm, de golflengte van geëxciteerde waterstofionen. Klik voor grotere weergave.
 
approach Jupiter.gif
approach Jupiter.gif (3.99 MiB) 1572 keer bekeken
De nadering van Jupiter in animatie, tussen ieder beeldje zit ongeveer 40 minuten. Bron: Nasa/Caltech/Eichstädt/Uphoff. Klik op de afbeelding om hem te starten.
 
De aurora's zijn een bron van intense radiostraling, die al in 1950 op Aarde kon worden gedetecteerd. Het Waves instrument van Juno heeft tijdens de passage deze golven gemeten. Hier een weergave van de metingen. De frequentie is verlaagd tot het audiogebied, zodat de variatie hoorbaar wordt:
 

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: Juno op bezoek bij Jupiter

Op 19 oktober volgt een lastige baancorrectie die Juno dichter bij Jupiter zal brengen in een omloopbaan van 14 dagen (bericht 9)
 
Dat is niet doorgegaan vanwege een probleem met twee kleppen van de raketmotor die Juno af zou moeten remmen naar de nieuwe baan. En naar Nasa gisteren bekend maakte zal Juno in de huidige langgerekte omloopbaan van 53 dagen blijven. Het risico dat er bij de ontbranding van de raketmotor onverwachte problemen optreden waardoor Juno in een minder gunstige baan dan de huidige terecht zou komen wordt te groot geacht.
 
Veel impact op de missie heeft de beslissing volgens Nasa niet; de geplande baan had ongeveer de zelfde minimale afstand tot Jupiter als de huidige, meer langgerekte, baan. Wel zal het aantal close encounters met Jupiter verminderen, maar daar staat tegenover dat er een gedegener onderzoek gedaan kan worden naar het magnetisch veld van de reus; een veld dat nog krachtiger blijkt dan voorheen werd aangenomen. Een ander voordeel is dat Juno minder vaak door de intense stralingsgordels vlak bij Jupiter zal trekken. Die straling wordt door zijn vernietigende inwerking op de gevoelige elektronica als het grootste risico voor de missie gezien. Nu de omloopbaan groter is zal tot aan het geplande einde van de missie in 2018 het aantal passages gereduceerd blijven tot 12 stuks ipv van de geplande 37, maar een eventuele verlenging van de missie is niet uitgesloten.
 
Ondertussen maakt de JunoCam geweldige foto's van het extreem dynamische wolkendek van Jupiter, zoals deze van de zuidpool gemaakt op 2 februari op een hoogte van 101.000 km. De foto is voor contrastverbetering nabewerkt door John Landino, en ik heb er de Aarde op ongeveer de correcte grootte ter referentie bij geplaatst.
 
Jupiter zuidpool door Juno.jpg
Jupiter zuidpool door Juno.jpg (106.89 KiB) 1569 keer bekeken
Bron: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/John Landino/M.Uphoff. Klik voor grote weergave.

Reageer