Ruimtesondes

JUICE – de Europese missie naar de manen van Jupiter

De Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) is een missie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA om Jupiter en drie van zijn ijzige manen te verkennen: Europa, Callisto en Ganymedes. JUICE zal in een baan om Ganymedes, de grootste maan van het zonnestelsel, cirkelen en is daarmee de eerste ruimtesonde die om een andere planeetmaan dan de Aarde cirkelt.

JUICE - artist impression
Credit: spacecraft: ESA/ATG medialab; Jupiter: NASA/ESA/J. Nichols (University of Leicester); Ganymede: NASA/JPL; Io: NASA/JPL/University of Arizona; Callisto and Europa: NASA/JPL/DLR

JUICE wordt op 13 april 2023 gelanceerd vanaf de lanceerbasis Kourou in Frans-Guyana. De ruimtesonde zal er bijna 8 jaar over doen om de grootste planeet van het zonnestelsel te bereiken. De ruimtesonde zal tegelijk met de Europa Clipper-missie van de NASA, die de bewoonbaarheid van een andere Jupitermaan, Europa, zal onderzoeken, in een baan om de gasreus draaien.

Ongeveer vier jaar na aankomst in het Jupitersysteem zal JUICE in een baan rond de grootste maan van de gasreus, Ganymedes, worden gebracht om de meest uitgebreide verkenning uit te voeren van dit object, dat groter is dan de kleinste planeet van het zonnestelsel, Mercurius.

Waarom hebben we JUICE nodig?

Slechts twee ruimtesondes zijn in een baan om Jupiter gebracht: de Galileo-sonde, die de gasreus tussen 1995 en 2003 bestudeerde en Juno, die sinds 2016 om de planeet draait.

De Galileo-missie vond bewijs dat er mogelijk oceanen van vloeibaar water bestaan onder de ijskorst van drie van de vier belangrijkste Joviaanse manen: Europa, Ganymedes en mogelijk Callisto. De missie heeft ook ontdekt dat Ganymedes een eigen magnetisch veld heeft – de enige bekende maan die er een heeft – en dat stormen in de atmosfeer van Jupiter groter kunnen zijn dan de Aarde.

Juno, nu in het verlengde deel van zijn missie, heeft veel meer details over deze stormen onthuld en ontdekt dat de atmosferische weer laag van de planeet verder reikt dan de zichtbare wolken. De missie heeft ook ontdekt dat in de overwegend gasvormige Jupiter een kern van verdunde zware metalen schuilgaat.

Toch zijn er nog veel vragen over Jupiter en zijn manen onbeantwoord, met name over de mogelijkheid dat sommige van die lichamen leven kunnen herbergen. Samen zullen JUICE en Europa Clipper ons inzicht in het Jupitersysteem verdiepen en misschien de weg vrijmaken voor een toekomstige missie om op Europa te landen.

ESA's JUICE ruimtevaartuig draait rond Jupiters maan Ganymedes.
ESA’s JUICE ruimtevaartuig draait rond Jupiters maan Ganymedes. Wetenschappers weten niet zeker of Ganymedes een ondergrondse oceaan heeft. Juice zal waarschijnlijk het antwoord vinden. (Image credit: ESA/ ATG MediaLab)

Wanneer bereikt JUICE Jupiter?

De reis van JUICE naar Jupiter zal 7,5 jaar duren en gedurende die reis zal JUICE drie keer terugkeren naar de Aarde waar de ruimtesonde met behulp van de zwaartekracht van de Aarde snelheid zal maken en de baan zal aanpassen. De ruimtesonde zal ook bij venus een dergelijke manoeuvre uitvoeren.

In december 2031 zal de ruimtesonde bij Jupiter aankomen en drie jaar rond de planeet draaien en drie van zijn belangrijkste manen van dichtbij bezoeken: Europa, Ganymedes en Callisto. Daarna zal de sonde ineen baan om de grootste baan, Ganymedes, gaan draaien.

Wat gaat JUICE doen?

Omdat de Europa Clipper van de NASA al rond Jupiter draait wanneer JUICE aankomt en regelmatig duiken maakt tot op tientallen kilometers van Europa’s oppervlak, zal JUICE zich vooral richten op Ganymedes en de vreemde, minder onderzochte Callisto.

JUICE zal slechts twee keer naar Europa vliegen en daarbij tot op 400 kilometer van het met ijs bedekte oppervlak van de maan komen. Europa draait rond Jupiter op een afstand van 671000 kilometer, bijna de dubbele afstand tussen de Maan en de Aarde. Maar gezien Jupiters extreme omvang en krachtige magnetische veld zou een ruimtesonde hoogstens enkele maanden overleven als het zo dicht bij de planeet zou blijven. Ook de Europa Clipper van de NASA volgt deze aanpak om de maan te verkennen, waarbij slechts korte bezoeken worden afgelegd om de ijzige maan en de omgeving ervan te bestuderen.

JUICE zal 21 scheervluchten uitvoeren langs de verst verwijderde van de vier belangrijkste manen, Callisto, waarbij hij tot op 200 kilometer van he toppervlak komt. Callisto, die bijna 1,9 miljoenkilometer van Jupiter is verwijderd, is een heel andere wereld dan het levendige Europa, waarvan wordt aangenomen dat er waterpluimen door de ijskorst spuiten. Callisto ongeveer zo groot als Mercurius, is de op één na grootste maan van Jupiter en heeft een kraterachtig oppervlak dat volgens wetenschappers het oudste is in het zonnestelsel. Wetenschappers weten niet zeker of Callisto een ondergrondse oceaan heeft zoals die van Europa en Ganymedes en JUIC zal deze vraag waarschijnlijk beantwoorden.

Alvorens in een baan om Ganymedes te komen zal JUICE 12 keer langs de maan vliegen en tot op 400 kilometer van het magnetisch actieve object komen. Ganymedes bevindt zich tussen de banen van Europa en Callisto, op 1,07 miljoen kilometer van Jupiter. Wetenschappers denken dat de reuzenmaan veel minder kans heeft om leven te herbergen dan Europa. Er is echter een kleine kans dat JUICE een verrassing vindt.

Wat zal JUICE ons leren over de manen van Jupiter?

JUICE zal 10 wetenschappelijke instrumenten aan boord hebben die, samen met een soortgelijk pakket op de Europa Clipper, wetenschappers zullen helpen de manen van Jupiter en hun potentieel om leven te herbergen te analyseren.

Tot de instrumenten van JUICE behoren camera’s sensoren voor de analyse van de chemische samenstelling van de ijskorsten van de manen en hun omgeving, magnetometers en radar waarmee gedetailleerde kaarten van het oppervlak van de manen kunnen worden gemaakt en voor het eerst kan er ook onder het oppervlak worden gekeken.

Wetenschappers hopend at deze metingen de aanwezigheid van oceanen onder de ijzige korsten van de manen zullen bevestigen. Het idee dat deze manen enorme watermassa’s herbergen die mogelijk leven zouden kunnen herbergen is afkomstig van de Galileo-misse, die vreemde verstoringen in het magnetische veld rond Jupiter heeft gemeten. Wetenschappers schreven deze anomalieën toe aan de beweging van vloeistof in Europe en Ganymedes.

“De maan, die een zoutachtige oceaan draagt, is ingebed in het grote magnetische veld van Jupiter, en dat verstoort het magnetische veld rond de maan,” aldus wetenschappers van de JUICE-missie. “Als je in staat bent om variaties van het magnetische veld rond de ijzige maan te meten kun je dat toeschrijven aan de aanwezigheid van ondergrondse vloeistof die zich misschien 100 kilometer onder de korst bevindt.”

Met JUICE zullen de wetenschappers een extra techniek gebruiken om het bestaan van deze verborgen oceanen aan te tonen. Door regelmatig metingen van de oppervlakken van Ganymedes en Callisto te verrichten met laserhoogtemeters zal JUICE onthullen hoe de vormen van deze manen in de loop van de tijd veranderen als de manen door het enorme zwaartekrachtsveld van Jupiter bewegen. De manen ondervinden zwaartekrachtstoten en schokken die getijden veroorzaken die veel sterker zijn dan op Aarde. hoe sterk deze getijden zijn hangt af van de samenstelling van de manen.

De manen veranderen mettertijd van vorm door de zwaartekracht van Jupiter. De hoogte van het oppervlak verandert met de tijd en dat kan men meten. De hoeveelheid verhoging hangt af van wat er in de maan zit. Als de ijzige korst boven de vloeistof drijft zullen de getijden veel groter zijn dan wanneer alles binnenin de maan vast is.

Waarnemingen door de Hubbletelescoop en enkele van ’s werelds krachtigste telescopen op de grond leverden meer bewijs voor de aanwezigheid van oceanen met vloeibaar water op Europe en Ganymedes en ze detecteerden zelfs waterdamp in de atmosfeer van Europa.

Maar er zijn nog veel onbeantwoorde vragen voer die verborgen watermassa’s. wetenschappers hebben slechts een beperkt idee van de omvang van deze oceanen. Ze weten niet precies hoe diep de oceanen zijn, hoe dik hun ijskorst s en hoeveel water ze bevatten.

Wetenschappers zijn er minder zeker van dat Callisto een ondergrondse oceaan heeft, maar HUICE zal deze vraag waarschijnlijk beantwoorden. Van de vier grote manen die het verst van Jupiter verwijderd zijn, is Callisto een vreemde wereld waarvan astronomen denken dat deze het oudste oppervlak van het zonnestelsel heeft. De maan zou volledig inactief zijn en heeft een enorme verzameling kraters die de hele geschiedenis van de maan weergeven. De hoge-resolutiecamera’s en gevoelige instrumenten van JUICE zullen wetenschappers helpen om niet alleen het verhaal van Callisto te onderzoeken maar ook dat van het hele zonnestelsel.

Callisto is 4 miljard jaar geleden gevormd toen ook Jupiter ontstond. Het beeld dat wij van Callisto zien is van de tijd dat de maan ontstond. Europa daarentegen heeft een zeer actief oppervlak dat slechts 50 miljoen jaar oud is en voortdurend wordt vernieuwd.

In het geval van Ganymedes, het hoofddoel van JUICE, hopen wetenschappers dat de misse hen zal helpen beter te begrijpen waarom de maan een eigen magnetisch veld heeft, dat bij geen enkele andere maan in het zonnestelsel is waargenomen.

Callisto
De sterk bekraterde maan Callisto

Wat zal JUICE ons over Jupiter leren?

De Juno-missie van de NASA heeft de atmosfeer van Jupiter en zijn krachtige stormen zeer gedetailleerd in kaart gebracht. Toch valt er nog veel meer te leren over deze dikke waas van waterstof en helium. Met de submillimeter-golfmeter van JUICE kunnen wetenschappers windsnelheden en temperaturen in de atmosfeer van de gasreus meten en nieuwe informatie krijgen over het weer en de klimaatpatronen. De spectrometers van JUICE zullen in staat zijn chemische verbindingen in sommige delen van de atmosfeer van de planeet te detecteren met een grotere nauwkeurigheid dan voorheen mogelijk was.

ESA hoop dat gegevens van JUICE wetenschappers zullen helpen te begrijpen wat de zichtbare lichte en donkere banden in Jupiters atmosfeer in stand houdt, waarvan bekend is dat zij verschillen in opaciteit en zich verspreiden van de evenaar naar de polen. De sonde zal ook processen bestuderen in de middelste en bovenste atmosfeer van de planeet, die zich uitstrekt voorbij de zichtbare wolken.

Door gegevens te verzamelen over Jupiter en drie van zijn manen zal JUICE wetenschappers in staat stellen het hele Jupitersysteem te analyseren, dat kan dienen als een miniatuurmodel van een stersysteem.

Door het te bestuderen kunnen wetenschappers meer te weten komen over hoe het zonnestelsel en exoplanetaire systemen werken, hoe planeten ontstaan en hoe leven onder verschillende omstandigheden kan ontstaan, aldus ES in een verklaring.

De JUICE-ruimtesonde tijdens een zonnepaneeltest.
De JUICE-ruimtesonde tijdens een zonnepaneeltest. Het JUICE-ruimtevaartuig is uitgerust met 914 vierkante meter zonnepanelen om voldoende energie op te wekken in de frigide omgeving ver weg van de zon. (Afbeelding credit: Airbus)

Zal JUICE leven vinden op de manen van Jupiter?

JUICE zal naar verwachting geen leven vinden op de manen van Jupiter, hoewel zijn instrumenten misschien moleculen kunnen detecteren die tekenen van leven onder het oppervlak van de manen zouden kunnen zijn. JUICE zal de meeste tijd besteden aan het bestuderen van Ganymedes, dat minder waarschijnlijk leven herbergt dan Europa.

Er zijn verschillende redenen waarom leven op Europa waarschijnlijker is dan op Ganymedes: de maan bevindt zich dichter bij Jupiter, is actiever en vertoont overeenkomsten met de Aarde.

Europa staat Dichter bij Jupiter; er is meer zwaartekracht van Jupiter, dus de getijden zijn veel groter. Er is meer opwarming binnenin de maan; de maan is veel actiever dan Ganymedes. En als je naar leven zoekt kun je beter op actieve plaatsen zoeken. Ook staat de oceaan op Europa in contact met een rotsachtig substraat, wat betekent dat hij veel lijkt op wat wij op Aarde hebben en dat er wellicht interessante reacties en hydrothermale activiteit gaande zijn, net als op de bodem van de oceanen op Aarde.

De wetenschappers zijn er zelfs zo zeker van dat er geen leven is op Ganymedes dat JUICE aan het einde van de missie zal neerstorten om te voorkomen dat de ruimtesonde tegen Europa botst en deze met aardse microben besmet.

Wat zijn de belangrijkste technische uitdagingen van de JUICE-missie?

De omgeving rond Jupiter zal niet gemakkelijk zijn om in te werken; het krachtige magnetische veld van de planeet versnelt geladen deeltjes in zijn omgeving en creëert intense straling die de elektronica van de ruimtesonde snel aantast, en hoe dichter bij de planeet hoe krachtiger de straling zal zijn. Daarom moet JUICE worden uitgerust met uitgebreide stralingsschermen die de gevoelige instrumenten beschermen.

Aangezien Jupiter meer dan vijf keer zo ver van de Zon verwijderd is als de Aarde, zal de ruimtesonde veel minder zonlicht ontvangen dan satellieten rond onze planeet. Om genoeg elektriciteit op te wekken voor de ruimtesonde moeten de zonnepanelen van JUICE enorm groot zijn – 85 vierkante meter, met elke vleugel in de vorm van een kruis.

Het kostte veel tijd om de juiste cellen voor de zonnepanelen te vinden want ze moeten werken bij lage temperaturen in een omgeving met veel straling en genoeg vermogen kunnen leveren. Dat was een hele uitdaging.

JUICE zal tegen hele koude omstandigheden moeten kunnen; de temperaturen in Jupiters baan dalen tot -230 °C. tijdens zijn reis naar de planeet zal JUICE echter ook korte tijd worden blootgesteld aan extreme hitte tijdens een scheervlucht bij Venus, waar de temperatuur een verzengende 250 ° bereikt.

Meer over de JUICE-missie in dit artikel uit 2017 (dat op enkele punten niet meer helemaal actueel is) op Kuuke’s Sterrenbeelden uit

Bekijk ook de website van JUICE bij de ESA en de JUICE Launch kit (pdf) bij de ESA.

Eerste publicatie: 12 april 2023
Bron: ESA, space.com