Fire Discovery-finalister valgt*

Fire Discovery-finalister valgt*

Publisert av ØYVIND GULDBRANDSEN den 19.10.20. Oppdatert 28.06.21.

eRomfart 2020-014, Norsk Astronautisk Forening, 24.02.2020

 

Dette er en nyhetsartikkel opprinnelig sendt på epost til medlemmer av Norsk Astronautisk Forening. Dersom du ikke er medlem, men ønsker å motta disse epostene og nyte godt av våre øvrige tilbud, kan du melde deg inn via vårt elektroniske innmeldingsskjema.



Illustrasjon av Io Volcano Observer under passering av Io. Bakgrunnsbildet av Io, som viser utbrudd fra en av dens 400 identifiserte vulkaner, er satt sammen av opptak fra Galileo og Voyager 1. (JHU-APL/University of Arizona)

 
 
Fire Discovery-finalister valgt

 

Av Øyvind Guldbrandsen

NASA annonserte 13. februar 2020 fire forslag til romsonde­prosjekter som vil motta 3 millioner dollar hver for detaljerte 9-måneders studier. Minst ett, antakelig to av disse skal rundt sommeren 2021 år plukkes ut til full utvikling og bygging, før oppskyting i midten eller siste halvdel av 2020-tallet.

 

To av de foreslåtte prosjektene er sonder som skal til Venus, én skal fra kretsløp rundt Jupiter studere den vulkanske månen Io, mens én skal passere Neptun, med fokus på å studere månen Triton.


Discovery-programmet er en serie fokuserte, relativt rimelige romsondeprosjekter, pluss foreløpig ett romteleskop, som NASA invite­rer universiteter, institusjoner etc. å komme med forslag til (se egen faktarute.) Etter en utvelgelsespro­sess blir ett, noen ganger to prosjek­ter med noen års mellomrom valgt ut til å få fulle bevilgninger til å bli gjennomført. Kostnadene skal ikke overskride 500 millioner dollar, ikke inkludert oppskytingen og eventu­elle bidrag fra andre land. Dette er lavere enn de mindre hyppige son­dene i New Frontier-programmet (New Horizons, Juno, OSIRIS-REx, Dragonfly) eller de enda dyrere og sjeldnere flaggskipsondene (eks. Galileo, Cassini, Curiosity, Europa Clipper.)
Ut av mer enn et dusin forslag er det disse fire som går videre i denne runden:

DAVINCI+
Deep Atmosphere Venus Investiga­tion of Noble gases, Chemistry, and Imaging plus.

VERITAS
Venus Emissivity, Radio science, InSAR, Topography, And Spectros­copy.

IVO
Io Volcano Observer.

Trident
Nærpassering av Triton. Trident er den eneste av disse fire Discovery-finalistene som ikke har vært foreslått tidligere.


NASA har tidligere sendt en håndfull sonder til Venus og Ju­piter. Deres to siste Venus-sonder var henholdsvis Pioneer Venus 2, som i 1978 sendte fire kapsler ned i planetens glovarme atmosfære, og Magellan, som etter oppskyting i 1989 kartla nesten hele overflaten med bildedannende radar gjen­nom første halvdel av 1990-tallet. Pioneer Venus-kapslene var bare ment å studere Venus’ atmosfære på veien ned, men en av dem fortsatte å sende signaler i over en time etter å ha truffet overflaten.I ettertid har enkelte andre NASA-sonder også passert Venus. Disse har vært på vei til andre mål og observasjonene av Venus har vært begrensede.

Sovjetunionen landsatte flere sonder på Venus på 1970- og 80-tal­let. Fire av disse, Venera 9, 10, 13 og 14 lyktes også i å returnere totalt seks bilder fra overflaten, som er enestående den dag i dag.

Eneste romsonde som har be­søkt Neptun er Voyager 2, som etter oppskyting i 1977 og passering av Jupiter, Saturn og Uranus i tidsrom­met 1979-1986, passerte Neptun og dens store måne Triton i 1989.

Blant Voyager-pro­sjektets store overraskel­ser var oppdagelsen av aktive vulkaner på Io og aktive nitrogengeysirer på Triton. Ios vulkaner var blant de mange ekso­tiske tingene romsonden Galileo studerte. Sonden ble skutt opp i 1989 og kretset rundt Jupiter i tiden 1995-2003. Men Io, som er den av de store månene som kretser nærmest Jupiter, ble pas­sert bare noen få ganger for å redusere skader fra Jupiters kraftige strålingsbelter. Datao­verføringen fra Galileo var også sterkt hemmet av at sondens hovedan­tenne aldri foldet seg ut.

Juno, som har kretset rundt Jupiter siden 2016, kan inntil videre ikke gjennomføre nevneverdige observa­sjoner av Io eller andre av Jupiters måner. Juno ble skutt opp i 2011 og er den hittil eneste Jupiter-sonden som har blitt utstyrt med solcel­lepaneler.

DAVINCI+ består av en kretsløp­sonde (eller orbitalsonde, om man vil) og en atmosfærekapsel. Kapse­len skal gjøre nøyaktige målinger og observasjoner av atmosfæren i løpet av den timeslange nedstig­ningen, helt ned til overflaten. Underveis vil varmeskjoldet og til og med fallskjermen kobles fra, sistnevnte for at ikke nedstigningen skal ta for lang tid. Kapselen er ikke spesifisert for å overleve landings­støtet, men det er en mulighet for at det vil skje, ettersom atmosfæren er så tykk at kapselen vil falle relativt langsomt det siste stykket, selv uten fallskjerm. (Landerne fra Venera 9-14 og Vega 1 og 2 brukte ikke fall­skjerm de siste ca. 50 kilometerne ned.) Både orbitalsonden og kapse­len skal være utstyrt med kameraer, som vil kunne identifisere bergarter på overflaten.



I følge de foreløpige planene skal DAVINCIs orbitalsonde passere Venus tre ganger og slippe av atmosfærekapselen under den siste passeringen. Kapselen skal bremses opp av et varmeskjold og deretter et fallskjermsystem, før den faller fritt det siste stykket ned gjennom gjennom Venus-atmosfæren. Kapselens instrumenter befinner seg inni kulen, som er konstruert for å motstå Venus' ekstreme trykk- og temperaturforhold hele veien ned til overflaten. Når orbitalsonden ankommer Venus for fjerde gang, skal den gå inn i kretsløp rundt planeten. (Illustrasjon: NASA/Goddard Space Flight Center)


Prosjektet skal hjelpe forskerne i å forstå hvordan atmosfæren på Venus oppstod og utviklet seg, og kanskje avdekke hvorvidt planeten tidligere har hatt et hav, før det forsvant da klimaet på planeten løp fullstendig løpsk. Venus er omtrent like stor som Jorden, men har en atmosfære av for det meste karbon­dioksid der trykket ved overflaten er 90 ganger Jordens ved havnivået, og temperaturen er over 450 grader Celsius.
Forslag til Venus-sonder har blitt lagt fram mangfoldige ganger de siste par tiårene, men hver gang blitt valgt bort av NASA, til stor frustrasjon blant forskere som har forsøkt å vie sin karriere til studier av denne planeten. Siden Venus på mange måter ligner Jorden, vil kunnskap om Venus også si oss mer om hvordan Jorden ble slik den ble.


VERITAS skal kretse i bane rundt Venus og bringe med seg en bil­dedannende SAR-radar (syntetic aperture radar) som skal foreta en topografisk kartlegging av hele overflaten. Venus er fullstendig dekket av et tykt, ugjennomsiktig skylag. Sonden skal se etter bergar­ter som basalt og granitt, som vil kunne fortelle om planetens geo­logiske historie, og se etter tegn til nåværende geologisk aktivitet, som tektonikk og aktive vulkaner. Med dataene fra VERITAS vil forskerne prøve å finne svar på hvorfor Venus utviklet seg så forskjellig fra Jorden.

 


VERITAS skal gå i kretsløp rundt Venus og studere planetens geologi med bildedannende radar. (Illustrasjon: NASA/JPL-Caltech)


IVO skal skytes opp i ca. 2026, bruke 4-5 år til Jupiter og gå inn i en meget avlang polbane rundt planeten, ikke helt ulik den Juno nå kretser i. Fra en slik bane vil sonden passere hurtigere gjennom Jupiters skadelige strålingsbelter per omløp enn Galileo, som kretset nær Jupiters ekvatorplan og flere ganger fikk planlagte nærobser­vasjoner av de Galileiske månene ødelagt fordi elektronikken sviktet som følge av strålingen. IVOs bane skal krysse Jupiters ekvatorplan i tilnærmet samme avstand fra planeten som Io kretser. Sonden skal foreta 10 nærpasseringer av denne månen, som er litt større enn Jordens måne. Som det mest geologisk aktive himmellegemet i Solsystemet har Io trolig mange likhetstrekk med Jorden like etter at den ble dannet.

Foreløpig konsept for Io Volcano Observer. Betegnelsene på illustrasjonen har følgende betydninger:

DSOC: Deep Space Optical Communication – eksperimentell optisk laserkommunikasjon.
ROSA: Roll Out Solar Array – utrullbare solcellepaneler.
+Y: Sondens Y-akse. (X og Z angir de andre aksene.)
Reaction wheel: Reaksjonshjul (gyro til stillingskontroll).
DMAG: Dual Fluxgate Magnetometers – magnetomtere.
Propellant tank: Drivstofftank.
Fan beam: Bredstråleantenne.
WAC: Wide Angle Camera – vidvinkelkamera.
ERM: Engeneering Radiaton Monitor - strålingsmåler.
TMAP: Thermal Mapper – termisk kamera.
NAC: Narrow Angle Camera – telekamera.
Oxidizer tank: Tank med oksidasjonsmiddel til rakettmotorene.
Pivot platform: Dreibar instrumentplattform.
Hotmap: Hotspot Mapper – studentbygget varmekamera.
PEPI: Particle Environment Package for Io.
PIA: Plasma Ion Analyzer.
INMS: Ion and Neutral Mass Spectrometer – ione og nøytralmassespektrometer.
MGA: Medium Gain Antenna – middels kraftig antenne.
HGA: High Gain Antenna – direktivantenne (2,1 m i diameter.)
Forward LGA: Forward Low Gain Antenna – fremre rundstråleantenne.

(JHU-APL/University of Arizona)


Trident skal også eventuelt skytes opp i 2026, foreta tre passeringer av Jorden og én av Venus, passere Jupiter i 2032 godt innenfor Ios bane, som i forbifarten vil bli gjen­stand for så mange observasjoner man kan få til (med eller uten IVO tilstede), før sondens slynges videre mot Neptun, som passeres i 2038. Noen få timer før Neptun-passe­ringen flyr sonden bare 500 km over Tritons overflate, nærme nok til å foreta direktemålinger av dens tynne atmosfære og ionosfære. De som ha lagt frem Trident-prosjektet beskriver ionosfæren som den mest «aktive» i Solsystemet.



Tridents instrumenter. Bakgrunnsbildene av Neptun oppe til venstre og Triton nede til høyre er tatt av Voyager 2 i 1989.
(NASA/JPL-Caltech/Ø.G.)


Triton er Neptuns største måne og er større enn f. eks Pluto, men mindre enn Jordens måne. Men Triton er, sammen med Saturns måne Titan, de eneste månene i Solsystemet med en synlig atmos­fære. En ting man håper å avdekke er hvorvidt Triton også har et hav av flytende vann under overflaten, som i tilfelle kan være et potensielt habitat for utenomjordiske mikroor­ganismer, tross avstanden til Solen.

Blant de fire forslagene er det Trident som er mest tidskritisk. For å dra maksimal nytte av Jupiters gravitasjon til å bli akselerert videre mot Neptun må passeringen av Jupiter skje i 2032. Det vil fortsatt være mulig i 2033, men effekten vil da være lavere og flytiden videre til Neptun bli lenger. Det tar litt under 13 år mellom hver gang Jupiter og Neptun er stilt opp på samme måte i forhold til hverandre.

Fra slutten av 2030-tallet vil dessuten omtrent hele Tritons overflate bli solbelyst etter hvert som månen roterer. Dette vil gjøre det mulig å kartlegge praktisk talt hele overflaten i løpet av et Triton-døgn, mens Trident nærmer seg. Riktignok med veldig varierende oppløsning, siden Tritons ganske langsomme rotasjon på nær seks døgn (sammenlignbart med Pluto) betyr at Trident vil være veldig langt unna siste gang den ser Tritons Neptun-vendte side i sollys. Den Neptun-vendte siden vil bli fotografert på vei bort fra Triton også, rett etter passeringen, men da under mye dårligere belysning, av reflektert Neptun-lys.



I følge den nåværende, foreslåtte ferdplanen skal Trident i rekkefølge passere Jorden-Venus-Jorden-Jorden-Jupiter(/Io)-Neptun(/Triton). Oppskytingen oppgis å kunne foregå med en Atlas V-401-rakett, selv om Atlas V-familien trolig vil være faset ut og overtatt av de kraftigere Vulcan-Centaur i 2026. (NASA/JPL-Caltech)


Høstjevndøgn for Tritons sydlige halvkule passeres i 2045. Etter det vil en stadig større del av sydpolområdet gå inn i vintermørke, som de på­følgende tiårene vil krype helt ned til 40. breddegrad. Neptun bruker 164 år på et omløp rundt Solen, så etter 2045 vil det altså gå 82 år før hele sydpolområdet igjen er solbelyst. Det var for en stor del sydpolområdet som ble fotografert av Voyager 2 i 1989, og man er interessert i å se endringer som måtte ha skjedd på overflaten siden da. Det vil bl.a gjøre det mulig å lokalisere flere geysirer, som igjen vil bidra til kunnskap om Tritons indre. Tritons overflate ser ut til å være den geologisk nest yngste i Solsystemet, etter Ios.

Om Trident blir valgt, blir det den første Discove­ry-sonden som benytter plu­toniumfylt termoelektrisk radioisotopgenerator (RTG) som strømkilde. Dette er noe NASA ikke tidligere har tillatt for prosjekter i denne klassen. NASAs nye politikk åpner således også det ytre solsystemet for Discovery-sonder. Med dagens teknologi er det ikke praktisk mulig å benytte solcellepaneler lenger ut enn til Jupiters bane. Derfor har f.eks Voyager, Cassini og New Horizons alle blitt utstyrt med RTGer. ▀



Havkongen Tritons viktigste redskap er en magisk trefork, kalt trident på amerikansk, som altså den foreslåtte Triton-sonden Trident er oppkalt etter. Alt etter eierens svingende humør benyttes treforken som tryllestav eller som masseødeleggelsesvåpen, eksempelvis når han vil uttrykke misnøye med den unge havfrueprinsessen Ariels fascinasjon for menneskenes forbudte verden, som i denne sekvensen fra filmen Den lille havfruen.

Disneys versjon er trolig den best kjente blant flere filmatiseringer av H. C. Andersens eventyr med samme navn. Filmen hadde première i 1989, knappe tre måneder etter at Voyager 2 hadde sendt oss de fortsatt eneste nærbildene av himmellegemene Neptun og Triton - og litt under fire år etter at samme sonde hadde sendt oss de eneste nærbildene av Uranus-månen Ariel.

Planeten Neptun er oppkalt etter havguden i romersk mytologi, og blir også vanligvis avbildet med en trefork i hånden. I gresk mytologi bar han navnet Poseidon. Han hadde flere barn med forskjellige gudinner, deriblant tre med havgudinnen Amfirite. En av disse var sønnen Triton, som ifølge den samme mytologien vokste opp til også å bli en havgud.

Planeten Neptun ble oppdaget i 1846. Dens største måne Triton ble oppdaget bare rundt to uker senere. Med en diameter på 2706 km er Triton det 16. største kjente himmellegemet i Solsystemet, større enn dvergplaneten Pluto men mindre enn Jupiter-månen Europa og Jordens måne.

Samtlige av de hundretusener av himmellegemer som er blitt oppdaget i Solsystemet i de 174 årene siden Triton ble funnet, de fleste av dem asteroider, er mindre enn denne månen. (Disney/Ø.G.)

 

Oversikt over NASAs Discovery-program