激しい放射線に耐えられるよう慎重に設計されたジュノー探査機が本日木星探査のために打ち上げられる

最後のフロンティアを探索するには、相反する工学的ニーズの間で微妙なバランスを取る必要があります。海溝から太陽の灼熱の大気まで、過酷な場所の謎を調査するには、科学機器は頑丈でありながら超高感度でなければなりません。つまり、環境に耐えながらも、仕事をするのに必要なだけ露出したままでなければなりません。保護と意図的な脆弱性のバランスを取ることは、大きな課題です。今朝打ち上げられた NASA の宇宙船は、このバランスを満たすための新たな一歩となります。

プローブがどのように構築されたかをご覧ください。
木星の強力な放射線帯を調査するジュノーは、おそらく史上最も頑丈な宇宙船の一つであり、猛烈な放射線の嵐からその心臓部とデータセンターを守る天体甲羅を備えている。また、最も精巧な宇宙船の一つで、木星の雲下の大気を前例のないほど詳細に測定できる機器を備えている。

ジュノーの主な調査は、太陽の周囲を除けば、太陽系で最も過酷な環境のひとつで行われなければならない。これは、宇宙で最も危険な場所での将来のミッションのための貴重なテストベッドとして機能し、木星や他の惑星がどのように形成されたかという重要な疑問に答えることになるだろう。

技術者らは、宇宙船の制御装置を保護するためにチタン製の放射線防護壁を設計したが、ほとんどのセンサーには限定的な保護しか提供できなかった。センサーは、高レベルの放射線に耐え、電荷を分散できる特殊な材料で作らなければならなかった。ジュノーのマイクロ波放射計は、最も重要な機器の 1 つであり、宇宙船の全体サイズを決定するアンテナであるが、受信機から分離されており、データを送信するために長い無線周波数線を必要とした。この分離は、一般的な宇宙船の設計からの逸脱であると、ジュノーの主任研究員でサウスウェスト研究所の宇宙科学部門のディレクターであるスコット・ボルトン氏は述べた。

「センサーは外部に設置されており、無防備です。部分的にシールドされているため放射線に耐えられますが、機器の背後にある頭脳はすべてこの金庫室に臍の緒で結ばれています」と彼は語った。「センサーを頭脳まで完全に接続するために、非常に特別にシールドされたケーブルが必要で、それをすべて事前に敷設する必要がありました。」

屋外ではケーブルは華氏マイナス 220 度にさらされますが、金庫室内の温度は華氏 32 度から 104 度の間になります。

この金庫により、ジュノーの受信機と電子機器が受ける電離放射線の総量は 6 kRad 未満となり、これは地球を周回する機器の一部よりもさらに低い値となる。

これらすべては超低電力供給で実現する。ジュノーは外惑星への初の太陽光発電ミッションであり、長さ29フィート、幅9フィートの巨大なソーラーパネル（それぞれがセミトレーラーほどの大きさ）から生成されるわずかな電力で稼働しなければならない。ジュノーが軌道上にあるときは、常に太陽の方を向いているY字型のシステムから約450ワットの電力が供給される。

太陽から4億マイル離れたところでは太陽光は弱くなるが、ボルトン氏は、エンジニアたちは新たな原子力発電所を建設するよりも、最先端の新しい太陽光発電パネルを設計する方が効率的であると判断したと述べた。

なぜ木星なのか？

こうした綿密な設計のおかげで、ジュノはこれまで見たことのないほど木星の雲の下を覗くことができるようになる。その名は、木星が周囲に描いた雲のベールの下を覗くことができたローマ神話の神の妻（妹）にちなんでつけられた。

2016年に巨大ガス惑星に到着すると、ジュノーは木星の両極を33周し、北から接近して放射線帯の下を潜り、南から脱出する。この軌道により、ジュノーは木星の深部大気、重力場、磁場、極磁気圏を安全に調査することができる。

主な目的の 1 つは、酸素を探すことです。酸素は惑星に豊富に存在するはずですが、科学者たちは見つけるのに苦労しています。ボルトン氏は、酸素はおそらく惑星の縞模様の雲層の下にあり、そこで水と結びついているだろうと述べました。ジュノーのマイクロ波放射計は、惑星の水の豊富さを調査し、太陽や太陽系の他の部分も形成した塵の雲から惑星がどのように形成されたかに関する理論に情報を提供します。

ジュノーの科学チームが言うように、地球の歴史は木星の中にある。太陽系内のすべてのものが木星の内側に収まる。さらに、他の巨大ガス惑星、すべての小惑星、彗星、衛星、微惑星も収まる。地球や他の岩石惑星と異なり、木星は誕生以来変化していないため、太陽系の他の惑星にとってタイムカプセルのような役割を果たしているとボルトン氏は語った。

「木星は太陽の次に大きな部分なので、非常に重要だったに違いない。木星は最初ではないにしても、非常に早い時期に形成され、条件を決定し、他のすべてを準備したに違いない」とボルトン氏は語った。

1610年にガリレオが初めて木星の衛星を発見して以来、木星は天文学者を魅了してきた。パイオニア、ボイジャー、カッシーニの各探査機による接近通過や、ガリレイ氏にちなんで名付けられた探査機の長期滞在などにより、科学者たちは木星について現在多くのことを知っているが、多くの疑問が残っている。1995年から2003年にかけて木星系を訪れたガリレオ探査機は、木星の大気圏に突入してその中身を嗅ぎ分けたが、科学者が予想していたよりもはるかに少ない水しか発見しなかった。多くの研究者は、ガリレオが特に乾燥した浅い領域を観測したと考えている。ジュノーは、木星の大気圏の約375マイルというさらに深いところまで潜って水を見つけるように設計されている。

ボルトン氏によると、他の測定により、木星の中心に重元素の核があるか、全体がガスでできているかが判明する。もし中心が岩石であれば、それは太陽の周りで岩石が固まった後に木星が形成されたことを意味する。もしすべてがガスであれば、木星は太陽の直後に形成された可能性があると同氏は述べた。科学者たちはまた、木星の深部で渦巻く金属水素を研究することで、どの惑星よりも強い木星の強力な磁場の原因を解明するだろう。

ジュノーが木星に到着すると、時速134,000マイルで宇宙を疾走することになる。これは史上最速の宇宙船の一つだ。ボルトン氏によると、ジュノーの側転運動により、この速度でも制御が容易になるという。33周した後、ジュノーは木星の大気圏に突入し、濃く渦巻く雲の中で流星のように燃え尽きるまで測定を行う。

「我々自身を見つめることによって、我々の最も古い歴史を振り返ることはできない」とボルトン氏は言う。「我々がやろうとしているのは、惑星のレシピを発見することだ。そのアプローチは、材料リストを手に入れることから始めるというもので、木星は我々にとってそれを表すものだ」