Jupiter Icy Moons Explorer ( Juice , anteriormente JUICE [3] ) es una nave espacial interplanetaria que se dirige a la órbita y estudio de tres lunas heladas de Júpiter : Ganímedes , Calisto y Europa . Se prevé estudiar estas lunas de masa planetaria porque se cree que tienen importantes cuerpos de agua líquida debajo de sus superficies congeladas, lo que las haría potencialmente habitables para la vida extraterrestre . [4] [5]
Juice es la primera nave espacial interplanetaria a los planetas exteriores del Sistema Solar no lanzada por los Estados Unidos y la primera que orbitará una luna distinta a la de la Tierra . Lanzada por la Agencia Espacial Europea (ESA), desde el Centro Espacial de Guayana en la Guayana Francesa el 14 de abril de 2023, con Airbus Defence and Space como contratista principal, [6] [7] se espera que llegue a Júpiter en julio de 2031 después de cuatro asistencias gravitacionales y ocho años de viaje. [8] [9] En diciembre de 2034, la nave espacial entrará en órbita alrededor de Ganímedes para su misión científica de primer plano. [8] Su período de operaciones se superpondrá con la misión Europa Clipper de la NASA , que se lanzó en octubre de 2024.
La misión comenzó como una reformulación de la propuesta Jupiter Ganymede Orbiter , que iba a ser el componente de la ESA de la cancelada Europa Jupiter System Mission – Laplace (EJSM-Laplace). [10] Se convirtió en candidata para la primera misión de clase L (L1) del Programa de Visión Cósmica de la ESA , y su selección se anunció el 2 de mayo de 2012. [11]
En abril de 2012, se recomendó Juice por sobre el telescopio de rayos X propuesto, el Telescopio Avanzado para Astrofísica de Altas Energías (ATHENA) y un observatorio de ondas gravitacionales ( Nuevo Observatorio de Ondas Gravitacionales (NGO)). [12] [13]
En julio de 2015, Airbus Defence and Space fue seleccionado como contratista principal para diseñar y construir la sonda, que se ensamblará en Toulouse , Francia . [14]
Se estima que para 2023 la misión costará a la ESA 1.500 millones de euros (1.600 millones de dólares). [15]
Los principales factores que impulsan el diseño de la nave espacial están relacionados con la gran distancia al Sol, el uso de energía solar y el duro entorno de radiación de Júpiter. Las inserciones en órbita en Júpiter y Ganímedes y la gran cantidad de maniobras de sobrevuelo (más de 25 asistencias gravitacionales y dos sobrevuelos de Europa) requieren que la nave espacial lleve unos 3000 kg (6600 lb) de propulsor químico. [16] La capacidad total delta-V de la nave espacial es de unos 2700 m/s (6000 mph). [17]
Juice tiene una antena fija de alta ganancia de 2,5 metros de diámetro y una antena orientable de ganancia media; se utilizarán tanto la banda X como la banda K. Las velocidades de descarga de 2 Gb/día son posibles con antenas terrestres de espacio profundo. La capacidad de almacenamiento de datos a bordo es de 1,25 Tb. [1]
El motor principal de Juice es un propulsor bipropelente hipergólico ( monometilhidrazina y óxidos mixtos de nitrógeno ) de 425 N. Un aislamiento multicapa de 100 kg proporciona control térmico. La nave espacial está estabilizada en 3 ejes mediante ruedas de impulso. Se utiliza protección contra la radiación para proteger la electrónica de a bordo del entorno joviano [1] (la tolerancia a la radiación requerida es de 50 kilorad a nivel de equipo [17] ).
La carga útil científica Juice tiene una masa de 280 kg e incluye el sistema de cámara JANUS, el espectrómetro de imágenes visibles e infrarrojas MAJIS, el espectrógrafo de imágenes ultravioleta UVS, la sonda de radar RIME, el altímetro láser GALA, el instrumento de ondas submilimétricas SWI, el magnetómetro J-MAG, el paquete de partículas y plasma PEP, el equipo de investigación de ondas de plasma y radio RPWI, el paquete de radiociencia 3GM, el instrumento de radiociencia PRIDE y el monitor de radiación RADEM. Un brazo desplegable de 10,6 metros sostendrá el J-MAG y el RPWI, y se utilizará una antena desplegable de 16 metros de largo para el RIME. Cuatro brazos de 3 metros llevan partes del instrumento RPWI. Los otros instrumentos están montados en el cuerpo de la nave espacial, o en el caso del 3GM, dentro del bus de la nave espacial . [1]
Juice fue lanzado al espacio el 14 de abril de 2023 desde el Centro Espacial de Guayana en un cohete Ariane 5. Este fue el último lanzamiento de una misión científica de la ESA utilizando el vehículo Ariane 5, [18] y fue el penúltimo lanzamiento del cohete en total. [19]
El lanzamiento estaba previsto originalmente para el 13 de abril de 2023, pero debido al mal tiempo se pospuso. [20] Al día siguiente se realizó un segundo intento de lanzamiento, que tuvo lugar a las 12:14:36 UTC. Después de que la nave espacial se separara del cohete, estableció una conexión de señal de radio con el suelo a las 13:04 UTC. Los paneles solares de Juice se desplegaron aproximadamente media hora después, lo que llevó a la ESA a considerar el lanzamiento un éxito. [18]
Tras el lanzamiento, se planificarán múltiples asistencias gravitacionales para poner a Juice en una trayectoria hacia Júpiter: [8]
Juice pasará dos veces por el cinturón de asteroides . Se había propuesto un sobrevuelo del asteroide 223 Rosa en octubre de 2029, pero se abandonó para ahorrar combustible para la misión principal joviana. [21] [22] [23]
Las ayudas gravitacionales incluyen: [24]
Las principales características del viaje de referencia a Júpiter se resumen a continuación (fuente: Tabla 5-2 de ESA/SRE(2014)1 [17] ). Este escenario suponía un lanzamiento a principios de junio de 2022, sin embargo, los requisitos delta-V son representativos debido a las configuraciones orbitales bastante cortas y repetitivas de Europa, Ganímedes y Calisto.
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El orbitador Juice realizará investigaciones detalladas en Ganímedes y evaluará su potencial para albergar vida . Las investigaciones de Europa y Calisto completarán un cuadro comparativo de estas lunas galileanas . [26] Se cree que las tres lunas albergan océanos internos de agua líquida , por lo que son fundamentales para comprender la habitabilidad de los mundos helados.
Los principales objetivos científicos para Ganimedes, y en menor medida para Calisto, son: [26]
En el caso de Europa, el enfoque se centra en la química esencial para la vida, incluidas las moléculas orgánicas , y en comprender la formación de las características de la superficie y la composición del material que no es hielo de agua. Además, Juice proporcionará el primer sondeo del subsuelo de la luna, incluida la primera determinación del espesor mínimo de la corteza helada sobre las regiones volcánicamente activas más recientes.
También se realizarán observaciones espacialmente resueltas más distantes de varios satélites irregulares menores y de la luna volcánicamente activa Io .
El 21 de febrero de 2013, tras un concurso, la ESA seleccionó 11 instrumentos científicos desarrollados por equipos científicos y de ingeniería de toda Europa, con participación de los EE. UU. [27] [28] [29] [30] Japón también contribuyó con varios componentes para los instrumentos SWI, RPWI, GALA, PEP, JANUS y J-MAG, y facilitará las pruebas. [31] [32] [33]
El nombre proviene del latín y significa "observación integral de Júpiter, sus amoríos y sus descendientes". [34] Se trata de un sistema de cámara para obtener imágenes de Ganímedes y partes interesantes de la superficie de Calisto a una resolución superior a 400 m/píxel (resolución limitada por el volumen de datos de la misión). Se investigarán objetivos seleccionados en alta resolución con una resolución espacial de 25 m/píxel hasta 2,4 m/píxel con un campo de visión de 1,3°. El sistema de cámara tiene 13 filtros pancromáticos, de banda ancha y estrecha en el rango de 0,36 μm a 1,1 μm, y proporciona capacidades de imágenes estereoscópicas. JANUS también permitirá relacionar mediciones espectrales, láser y de radar con la geomorfología y, por lo tanto, proporcionará el contexto geológico general.
Un espectrógrafo de imágenes en el espectro visible e infrarrojo que opera desde 0,5 μm hasta 5,56 μm, con una resolución espectral de 3 a 7 nm, que observará las características de las nubes troposféricas y las especies menores de gas en Júpiter e investigará la composición de los hielos y minerales en las superficies de las lunas heladas. La resolución espacial será de hasta 75 m (246 pies) en Ganímedes y de unos 100 km (62 millas) en Júpiter.
Un espectrógrafo de imágenes que opera en el rango de longitud de onda de 55 a 210 nm con una resolución espectral de <0,6 nm que caracterizará las exosferas y las auroras de las lunas heladas, incluidas las búsquedas de columnas en Europa, y estudiará la atmósfera superior y las auroras jovianas. Resolución de hasta 500 m (1600 pies) para observar Ganímedes y de hasta 250 km (160 mi) para observar Júpiter.
Un espectrómetro que utiliza una antena de 30 cm (12 pulgadas) y trabaja en 1080–1275 GHz y 530–601 GHz con un poder de resolución espectral de ~10 7 que estudiará la estratosfera y la troposfera de Júpiter, y las exosferas y superficies de las lunas heladas.
Un altímetro láser con un tamaño de punto de 20 m (66 pies) y una resolución vertical de 10 cm (3,9 pulgadas) a 200 km (120 millas) destinado a estudiar la topografía de las lunas heladas y las deformaciones de las mareas de Ganímedes.
Se utilizará un radar de penetración de hielo que funciona a una frecuencia de 9 MHz (ancho de banda de 1 y 3 MHz) emitido por una antena de 16 m (52 pies); se utilizará para estudiar la estructura del subsuelo de las lunas jovianas hasta 9 km (5,6 mi) de profundidad con una resolución vertical de hasta 30 m (98 pies) en hielo.
Durante la puesta en servicio de la nave espacial después del lanzamiento, la antena RIME no logró desplegarse correctamente desde su soporte de montaje. [36] Después de varias semanas de intentos de liberar el instrumento, se desplegó con éxito el 12 de mayo del mismo año. [37]
Juice estudiará los océanos subterráneos de las lunas heladas y la interacción del campo magnético joviano con el campo magnético de Ganímedes utilizando un magnetómetro sensible .
Un conjunto de seis sensores para estudiar la magnetosfera de Júpiter y sus interacciones con las lunas jovianas. PEP medirá iones positivos y negativos, electrones, gas neutro exosférico, plasma térmico y átomos neutros energéticos presentes en todos los dominios del sistema de Júpiter desde 1 meV a 1 MeV de energía.
RPWI caracterizará el entorno de plasma y las emisiones de radio alrededor de la nave espacial, y está compuesto por cuatro experimentos: GANDALF, MIME, FRODO y JENRAGE. RPWI utilizará cuatro sondas Langmuir , cada una montada al final de su propio brazo dedicado y con una sensibilidad de hasta 1,6 MHz, para caracterizar el plasma, y receptores en el rango de frecuencia de 80 kHz a 45 MHz para medir las emisiones de radio. [38] Este instrumento científico es bastante notable por utilizar a Sonic the Hedgehog como parte de su logotipo. [39] [40]
3GM es un paquete de radiociencia que comprende un transpondedor Ka y un oscilador ultraestable . [41] 3GM se utilizará para estudiar el campo gravitatorio (hasta el grado 10) en Ganímedes y la extensión de los océanos internos en las lunas heladas, y para investigar la estructura de las atmósferas neutras y las ionosferas de Júpiter (0,1 – 800 m bar ) y sus lunas. 3GM lleva un reloj atómico construido en Israel "que medirá pequeñas oscilaciones en un haz de radio". [42] [43]
El experimento generará señales específicas transmitidas por la antena de Juice y recibidas por interferometría de base muy larga para realizar mediciones precisas de los campos gravitacionales de Júpiter y sus lunas heladas.
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