Može li nekom neki instrument da bude ljubimac? Može, ako je zakačen za neku kosmičku letilicu i ako pišeš o kosmosu 15 godina. Pogotovu ako je to neki nesrećnik od 2,6 kg koji se pridružio misiji u poslednjem trenutku i o kome praktično niko ne vodi računa!
Dr Candy Hansen-Koharcheck i Mat Kaplan, ljudi koji su učestvovali u konstruisanju a danas rukovode radom kamere na sondi sa svojim čedom.
Od kako su pre 40 godina kosmičke sonde počele da lete sve dublje u solarni sistem, nema nijedne koja je odletela dalje od 5 a.j. a da nije proletela pored Jupitera i slikala ga. Dva 'Pioneera', dva 'Voyagera', 'Ulysses', 'Cassini', 'Galileo' i 'New Horizons', svi su sa veće ili manje daljine fotografisali kolosalnog džina, i o njemu imamo više podataka nego što smo u stanju da razumemo.
A onda su 2005. naučnici odlučili da odmah posle 'New Horizonsa' pošalju jednu višegodišnju misiju klase New Frontier koja će istražiti Jupiter. Glavonje iz teksaškog Istraživačkog instituta Southwest i njihovi kalifornijski pandani iz JPL-a smatarali su da to treba da bude strogo naučna misija, koja bi doduše koštala preko milijarde, ali bi dala neke odgovore koji su nam falili da bi sklopili sliku o velikoj planeti. Sonda 'Juno'[1] je trebalo da posle petogodišnjeg leta 2016. uđe u orbitu oko planete i počne merenja gravitacionog i magnetnog polja i polarne magnetosfere, sa posebnim akcentom na harmončnim koeficijentima[2]. Čak su i računari, elektronika, proizvodnja i potrošnja struje na brodu i protočnost komunikacionog sistema sa Zemljom bili isprogramirani za zacrtane zadatke, kad se neko iz menadžmenta misije dosetio da će misija biti totalno dosadna široj javnosti i da joj nijedan medijum neće posvećivati ni kilobajt prostora. Sve što ljudi ne vide svojim okom, oni ne smatraju interesantnim, pogotovu što prvi put u istoriji nije bila predviđena poseta nijednom od 69 satelita ove planete! Zato je odlučeno da se ipak po kratkom postupku instalira bilo kakva kamera, koja će slikati planetu onako, turistički, jer niti je bilo vremena niti para da se sada smišlja nekakav naučni zadatak za sâmu kameru. Obaveza projektovanja i proizvodnje pala je na najbolju kompaniju u Americi za tu svrhu, 'Malin Space Science Systems' (MSSS) iz San Dijega, koji su do sada napravili desetine kamera za lendere i rovere po Mesecu i Marsu. Pošto slike neće imati nikakvu strogu naučnu vrednost, odmah je kao propaganda objavljeno da će sve dobijene slike biti odmah kačene na Nasin sajt! Narod, domaćice i poštena inteligencija, ali i astronomi-amateri, bili su oduševljeni, a među njima i ja (jer ne spadam u navesene kategorije). NASA je čak obećala da će javnost moći da sama odabira šta će kamera slikati, te su najavili objavljivanje precizne mape 'površine' oblaka podeljene po kvadrantima! Nažalost, MSSS je imao uske konstruktorske margine, te je kamera morala da bude mala, lagana i da troši minimum struje. Uz to, morala je da bude fiksirana[3], što je značilo da može da snima samo ono što joj se nađe u vidnom polju. To je bilo loše, jer su prioritet imali naučni instrumenti i njihovo vidno polje je bilo najvažnije, a kamera šta uhvati, uhvati. Zato je MSSS napravio širokougaonu kameru u boji, opremljenu i sa infracrvenim i metanskim filterima. Uređaj je bio tzv. 'push broom'[4] tipa, koji će praviti slike onako kako se brod okreće zarad redovne stabilizacije.
Instrumenti na 'Junoni'. Levo je položaj kamere.
Položaj kamere na sondi. Tačno se vidi da je 'nabudžena' u poslednjem momentu!
Kamera je nazvana JunoCam. Ima vidno polje 58°; 0,7 mrada/pixelu. Spektralni raspon: 400-900 nm; veličina slika: 1600×4800 pixela (metanska 800×2400 px). U idealnom slučaju, najbolja rezolucija je 15 km/px. sa visine od 4.300 km Na slici levo je elektronika kamere, koja se nalazi zaštićena od zračenja u dubini korpusa sonde.
Nažalost, zbog telekomunikaconih ograničenja, kamera je trebalo da šalje ka Zemlji samo 40 Mb podataka tokom svakog 11-dnevnog perioda[5]. To znači da je brzina slanja trebalo da bude oko 325 bita u sekundi, što je ograničavalo broj i slikanja i slanja na Zemlju tokom svake orbite na 10 do 100 slika u zavisnosti od stepena kompresije.
JunoCam se fizički i elektronski uveliko bazira na kameri MARDI koja je snimala fazu spuštanja a nalazila se na lenderu 'Mars Science Laboratory' koji je onomad spustio rover 'Curiosity'. Međutim, titanijumsko kućište i neki delovi unutrašnjeg mehanizma su prilagođeni kako bi stabilno radili u promenjenim uslovima intenzivnog zračenja i magnetnog polja. Očekivalo se da će uprkos zračenju kamera raditi najmanje prvih osam orbita… sada, kada je sonda ostala da kruži dalje od planete i njenog zračenja, za očekivati je da će joj i bogovi možda biti naklonjeniji.
Tokom misije, koja bi trebalo da traje do 2021, plan je bio da se slikaju Jupiterovi polovi i pojasevi oblaka u rezoluciji do 15 km po pixelu. To izgleda odlično – i jeste za takvu igračku od kamere – ali je ništa za, recimo, 'Habl' koji ima rezoluciju 119 km/px na udaljenosti od ~600.000.000 km! Sada, kada sonda leti po novoj, jako eliptičnoj orbiti, ne znam kolika će biti rezolucija. Po novome, sonda se približava oblacima planete na samo 4.300 km a udaljava se na čak 8,1 miliona km, i trebalo bi da do sledećeg leta napravi ukupno samo 12 orbita!
Od kada je 5. juna 2016. sonda ušla i orbitu planete, JunoCam nas je častila zaprepašćujućim slikama Jupitera. To i jeste razlog njenog postojanja: kao što se vidi, bio bi pravi zločin da kamera nije poslata u misiju, iako nije direktno uključena u naučni zadatak 'Junone' – istraživanja unutrašnjosti same planete. Ipak, malo-malo pa kamerica pruži neočekivana naučna otkrića. Pre desetak dana, Američki geofizički savez[6] (AGU) je pružio mogućnost doktorki Candy Hensen, vođi tima zaduženog za JunoCam, da održi prvi javnu prezentaciju naučnih dostignuća njene kamere. Evo ukratko o čemu je pričala:
'Junona' iznad Jupitera 19. maja 2017. Prvo preletanje iznad Jupitera (perijov 1) bilo je 27. avgusta 2016, i tada je prvi put u istoriji snimljen severni pol planete. Drugi prelet je bio 14. oktobra, ali pošto je došlo do kvara helijumskih ventila na motoru računar je video da nešto ne štima pa je naredio da se sonda prebaci u redukovani sigurnosni režim rada. Zbog toga tokom perijova 2 nisu vršena naučna istraživanja. 11. decembra je kompletiran perijov 3, kada su svi instrumenti (sem jednog – JIRAM, jer mu je apdejtovan softver) poslali merne podatke. Sledeći perijov je bio u februaru, sledeći krajem marta, pa onda u maju itd.
Na prezentaciji, najveće i najupečatljivije zanimanje izazvale su spektakularne slike Jupiterovih polova. Uostalom, JunoCam je eksplicitno dizajnirana da ima takvo vidno polje koje će moći da obuhvati čitav Jupiterov disk svaki put kada 'Junona' preleti jedan ili drugi pol. Oba pola su nam prikazala prekrasne vrtložne oluje. Candy je objasnila kako su naučnici dokumentovali smerove kretanja tih oluja i utvrdili da se radi o ciklonima (okreću se suprotno od smera kazaljke na severnoj polulopti, odn. u smeru kazaljki na južnoj).
Snimak južnog pola Jupitera iz jedinstvene perspektive iz koje niko nikad nije video Jupiter. Slika je načinjena 40 minuta pre najbliže tačke planeti.
Cikloni na severnom polu. Potvrđena je njihova ciklonska priroda.
Oba pola poseduju prsten ciklona koji ih okružuje, ali na svakom polu njihov broj varira. Na severnom ih ima osam, te formiraju oktagon (osmougao), ali pošto se njihove geografske širine naizmenično menjaju, Cadndy smatra da se pre radi o dva kvadrata. Da li postoji neki ciklon baš u centru severnog pola nije moguće videti kamerom JunoCam, jer je tamo trenutno zimski period i vlada mrak. Naravno, moguće je upotrebiti talijansku termalnu kameru/spektrometar JIRAM i prekontrolisati kakva je situacija i u tom mraku! Do sada, JIRAM se proslavio snimcima meseca Ia, a planiraju se još dva snimanja (sa rezolucijama 33-50 km/px). Napominjem da 'Junonina' polarna orbita ne dozvoljava često snimanje drugih satelita, a i kad ih snime to su sve samo polarni snimci...
JunoCam je jesenas tokom osmog preleta snimila dva Jupiterova najveća meseca – Ia i Evropu. Snimak je nastao 1. septembra sa visine od 27.500 km od oblaka planete. Bliži planeti je Io (481.000 km od planete, sa rezolucijom od 325 km/px). Evropa se nalazi na 730.000 km od planete.
Na jugu je uočeno pet cirkumpolarnih ciklona, čineći nekakav petougao, što je potpuno drugačije od stanja na severnom polu. Praznina u krugu ciklona čini da izgleda kao da ih ima šest, a Candy je izjavila da je njen tim čekao da vidi da li će se neka manja oluja popeti i popuniti prazninu i pretvoriti je u šestougao, ali se to do sada nije dogodilo...
Jedan od astronoma amatera koji snažno učestvuju u interpretaciji fotografija JunoCama je John Rogers iz Britanskog astronomskog udruženja. On je počeo da upoređuje nove slike JunoCama sa nekim istorijskim slikama Jupitera, i uočio da Jupiterov Južni ekvatorski pojas (SEB) počinje da bledi, kao što je to već uradio 2010!
Jupiter je turbulentan svet, što se viidi na ovom primeru. Levo je 'Hablov' snimak iz jula 2009, samo 4 dana pošto je astronom-amater Anthony Wesley otkrio mesto udara nekog objekta u planetu u blizini južnog pola. Desno je slika godinu dana kasnije – nema traga udaru, ali se vidi postepeni nestanak Južnog ekvatorskog pojasa.
Candy je prikazala i fenomenalni giff koji prikazuje ciklonske vrtloge u Južnom umerenom pojasu (STeB), u tzv. 'ghostu' ('duhu') (nazvani su tako jer su iste boje kao i okolina i teško se prate sem po sopstvenom kretanju).
Nekoliko uzastopnih fotografija snimljenih tokom jedne 'Junonine' orbite pokazuje smer kruženja atmosfere oko jedne oluje smeštene u jenom od svetlih Jupiterovih pojaseva. Kamera je bila udaljena svega desetak hiljada km od planete! Otvorite animaciju u drugom prozoru
Fotografije veće rezolucije kamere JunoCam otkrivaju zapanjujuće detalje oblaka, uključujući i ove magijske oluje u južnoj tropskoj zoni. Izgleda kao da 'iskaču' iznad ostalih oblaka jer bacaju senke ka terminatoru (ka desnom kraju slike).
Niko nema ni u mašti ideju šta bi moglo da stvara takve mustre u atmosferi dalekog džina.
Proveravajući podatke koje su prikupili drugi instrumenti, dr Candy je objavila da nisu našli tragove gromova jer nisu zapažene munje ispod oblaka. Umesto njih, možda su to oblaci tipa altocumulus castellanus:
Neverovatno!!! I ovo je negde nekom atmosfera .... ?
Kolor-mogućnosti 'Junonine' male kamere nametnule su više pitanja nego što su dale odgovora. Candy je tokom prezentacije više puta naglasila da su fotografijama koje prikazuje na prezentaciji dramatično promenjene boje. Napomenula je da radovi Bjorna Jonssona, koje i sâm često objavljujem, prikazuju nerealan svet umesto onoga kako bi ljudi videli oblake kada bi nekim čudom mogli da bar na kratko podnesu 1000 puta veće zračenje[7] nego što njihovi krhki organizmići to mogu da podnesu. Rekla je da su 'prave' slike ipak malo manje dramatične, te da su fotografije koje kombinuje Sean Doran[8] (a farba ih Gerald Eichstädt) ipak malo suptilnije u prirodnim bojama.
Ovako otprilike izgleda Jupiter kako ga vidi JunoCam. Slika nastala u maju 2017. Inače ta tema o 'stvarnim' bojama je jako zanimljiva i nekad davno sam napisao zanimljiv text o tome (ovo je reprint – originalni text 'Boje Sunčevog sistema' star je 10 godina). Niko zapravo nije 100% siguran kakve su boje na Marsu, i to što šalje 'Curiosity' je samo jedna od verzija, koja zavisi od početne kalibracije kamera.
Gospođa Candy je komentarisala da je 'jednako intrigantna i boja oblaka'. Istakla je da pojedine susedne oluje mogu imati različite boje – jedna plava a druga braon. One takođe mogu da imaju i potpuno drugačije strukture. Mogu da imaju različito oobojene obode i različite centre. 'Imamo mnogo posla pred nama'. Tačno, doktorka Candy.
Zone snimanja JunoCama (crveno) u prvih 8 orbita. Zelenim je označen pravac nadira letilice u svakoj orbiti.
Kamera je teška 2,64 kg a elektronika 1,05 kg. Tokom snimanja, troši 5,9 W struje. Dimenzije 9,6×9,9×19 cm. Žižina daljina 11 mm. Veličina piksela 7,4 mikrona.
Vidno polje kamere je 58 stepeni.
Slika zvezdanog neba koja je korišćena za orijentaciju i kalibrisanje kamere tokom leta.
Zanimljiva mi je bila veličina ovog isečka – gornje slike pokazuju samo delić zagonetki Jupitera. Moš' misliti šta se krije u ostatku planete, ovde gde su ovi znakovi?
Kako shvatiti planetu koja nosi ime vladara Olimpa? Dva ipo puta je masivnija od svih ostalih planeta, njihovih satelita, svih asteroida i kometa zajedno! Ko zna šta bi se našlo ispod oblaka...
I iz ovog kratkog pregleda svakom je jasno da će biti potrebno puno nauke oko fotografija JunoCama. Međutim, JunoCam nema sopstveni naučni tim – postoje naučnici poput Candy i Glenna Ortona i sličnih – koji imaju za zadatak da planiraju snimanja; nema odvojenih para za naučnu analizu! (Muka mi je bre od te Nase! Kao da je PUPS a ne Nasa!) U svakom slučaju, bilo bi krajnje smešno da na kraju ispadne da JunoCam snima iz zabave. Zato je Candy obelodanila da je otvorena nova stranica na websajtu JunoCama, Analysis page, i pozvala sve koji su prisustvovali poslednjem sastanku AGU da učestvuju i malo reklamiraju među kolegama.
[1] Ime sonde od početka prevodim kao 'Junona' i o njoj sam napisao jako zanimljivu e-knjigu.
[2] Kad sam pisao storiju o misiji 'Junona', pominjali su se harmonici. Evo kako sam pokušao da objasnim šta je to: „ ...Planete su u osnovi sferne (loptaste), tako da je njihovo gravitaciono polje može opisati poznatom Njutnovom potencijalnom formulom V = GM/R. Ali to „u osnovi“ ne znači i „potpuno“. Upravo te devijacije od idealnog jesu ono što nas interesuje. Te razlike nam daju informacije o različitim gustinama u unutrašnjosti planete, momentima inercije duž glavne ose, ili o devijacijama u odnosu na idealnu hidrostatičku ravnotežu. Uslovi za korekciju gravitacionog potencijala nazivaju se harmoničnim koeficijentima i obeležavaju se slovom J. Što ih ima više, manji su i teže ih je izmeriti, ali nam zato daju više informacija o unutrašnjoj strukturi planete. Naprimer, koeficijenat drugog stepena, J2, govori nam o promeni potencijalne energije uzrokovanoj spljoštenošću većine planeta usled rotacije. Odnos između momenata J i potencijala dat je divnom formulom [sledi formula]
Trenutno znamo vrednosti harmonika gravitacionog potencijala šestog stepena Juputera, J6, no ako želimo da istražimo unutrašnju strukturu džinovske planete moraćemo da izmerimo harmonike iznad J20 pa, ako bude moguće, i iznad J30. Ali nas ne interesuje samo da saznamo da li Jupiter ima čvrsto jezgro. Voleli bi da saznamo da li su karakteristični pojasevi i zone koje vidimo na Jupiteru vidljiva manifestacija unutrašnje strukture...“
[3] Malo se zna da su SVE međuplanetne sonde imale i imaju fiksirane kamere, sem 'Voyagera', koje su imale genijalni sistem pokretne naučke platforme, ruke na kojoj su bili svi instrumenti, pa i kamera, i koji su mogli u svakom trenutku da se okreći gde im volja, nezavisno od položaja same sonde, koja je morala da bude okrenuta antenom ka Zemlji i sl. Još manje se zna da su takvu platformu koristili i Sovjeti na nekim svojim planetnim sondama (npr. 'Вега).
[4] Tehnologija od pre 30-50 godina, koja je omogućavala satelitima i avionima da slikaju optičkim kamerama. Njihovi linearna mreža senzora je bila postavljena pod pravim uglom u odnosu na pravac kretanja letilice. Ovakve kamere su mogle da uhvate više svetlosti nego „whisk broom“ skeneri jer su dobijale više svetlosti sa određene površine, što je imalo isti efekat kao i duža ekspozicija. Ovi senzori su se nazivali „wide field devices”, analogno širokougaonim sočivima kod konvencionalnih kamera.
[5] To je stari podatak, jer se u međuvremenu desio problem: motori sonde su se pokvarili tako da 'Junona' nikad nije ušla u tu 14-dnevnu orbitu, već je ostala na 53,5-dnevnoj, na kojoj je i danas i ostaće do kraja misije.
[6] Mala neprofitna naučna organizacija iz Vašingtona sa preko 62.000 članova iz 144 zemlje sveta. Osnovani su nedavno – 1919. godine.
[7] Kada bi magnetosfera Jupitera bila vidljiva, na našem nebu bi je videli pet puta veće površine od punog Meseca, uprkos ogromne daljine koja nas deli!
[8] Proces nastanka slika je jako složen i zahtevao bi posebnu knjigu. Slike stižu komprimovane, često u vidu mozaika, digitalizovane, propuštane kroz brojne filtere, u vidljivoj i nevidljivoj svetlosti, itd. Posle toga se slike preklapaju, po potrebi pojačavaju, boje da bi se istaklo nešto bitno – jednostavno se 'budže'! Pa ne misli valjda iko da recimo udaljene galaxije koje nam prikazuju kao Hablove snimke stvarno izgledaju onako velelepno, u prelivima stotina boja!? To je mix slika različitih talasnih dužina, računarski obrađen, da izgleda spektakularno i – ništa više!
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
