木星周辺の強い放射は、Junoのミッションのすべての側面、特にJunoの軌道を形成しました。データは、木星を取り巻く放射帯と木星の雲頂との間にギャップがあることを示しています。 Junoは、放射線への曝露を最小限に抑え、科学の目的を達成するために、「針を刺して」この隙間を通過する必要があります。 Junoミッションの複雑さを増しているのは、宇宙船の設計、科学的な目的、および軌道要件がすべて互いに関連し合っているという事実です。
このインタビューを始めるための質問はわかりませんでした。木星の周囲の状態、特にその極端な放射が、ジュノの軌道をどのように形作ったのですか？あるいは、ジュノが極端な放射を生き残るために必要な軌道は、ジュノの科学の目的をどのように形作ったのでしょうか？または、最後に、科学の目的はどのようにジュノの軌道を形成しましたか？
木星へのJunoミッションのNASA主任調査官、Scott Bolton。画像クレジット：NASA
ご覧のとおり、Junoのミッションは少しゴーディアンの結び目のように見えます。確かに、3つの質問はすべて、何度も尋ねられて答えられる必要があり、その答えが他の質問を形作っています。この結び目をほどくために、私はNASAのJunoミッションの主任調査官であるスコットボルトンに話を聞きました。スコットは、Junoの全ミッションの責任者として、Junoの科学目標、Junoの設計、およびJunoが木星の周りをたどる軌道パスを完全に理解しています。
例えば： こんにちはスコット。本日はお時間をいただきありがとうございました。ジュピターの放射はジュノが対処しなければならない大きな危険であり、ジュノのチタン製の金庫はジュノの電子機器を保護するように設計されています。しかし、ジュノの軌道の一部は木星の周りの放射によって形作られています。木星の周りの放射線はジュノの軌道をどのように形作ったのですか？
「…私たちは木星周辺の地域が本当に悪く、危険で、放射線が過酷であることを知っていました…」
SB： まあ、それは私たちの選択肢を制限したとしましょう。ジュノの軌道は、特定の種類の幾何学または宇宙船の位置を実行する必要がある科学的測定の機会と、基本的には、最も危険な領域をできるだけ回避する必要があったという事実の組み合わせによって選択されました。太陽系。これは私たちが木星に非常に近く、そして向きが極性であることを必要としました。木星の極を越えます。そして、木星周辺の地域は本当に悪く、危険で、放射線が過酷であることを知っていましたが、宇宙船でそこに行ったことは一度もありませんでした。ですから、どれほど厳しいか、正確にどのように形作られているのかはわかりません。いくつかのアイデアがあります。
しかし、地球との類似性とモデリングを通じて、私たちは望んでいる科学的目標を達成し、それでも最悪の地域に留まらないようにする方法を見つけることができました。ジュノは極を越えて、放射線帯と木星の大気自体の間にあると私たちが信じる方法で、木星の非常に近くで下降します。
地球では、私たち自身の放射線帯（木星ほど危険ではありませんが、同じような形をしている）と地球の大気の間に小さな窓があります。そこにはギャップがあり、ジュピターにもギャップがあることを示す証拠があり、その針に糸を通している。
例えば： 地球のヴァンアレンベルトを見るだけでなく、そのギャップの証拠はどこから来たのですか？ NASAの観測所のいずれかから、木星の周りに同様のギャップがあることを示した観測はありましたか？
SB： 私たちは、VLS（Very Large Array）のような電波望遠鏡や、木星を見ることができる世界中の他の電波望遠鏡を使用しました。特定の周波数では、シンクロトロン放射と呼ばれるものを見ています。シンクロトロン放射は光速に近い速度で移動する非常に高エネルギーの電子であり、それらは無線放射を放出します。彼らは、相対論的物理学に基づいた非常に特定の幾何学でそれを放つ。これを見ると、放射線がどのように形作られ、高エネルギー電子の分布がどのように分布しているかがわかります。これはモデルで使用されており、ある程度のギャップが存在する必要があることを示すことができます。これは、その放射を見ると、木星に非常に近づくにつれ、放射が尾を引いているように見えるためです。しかし、解像度は限られているため、木星とその放射帯の間にギャップが存在するという指摘はありますが、明確な証拠はありません。
例えば： だから、ジュノ自体が木星とその放射線帯の間にギャップがあるという前向きな証拠でしょうか？
SB： はい。そして、これを理解するのに役立つもう1つの測定があります。 90年代半ばに木星を周回したガリレオ宇宙船には、木星の雰囲気を調べて、木星の材料を探る探査機が含まれていました。そのプローブは、ほとんどガイガーカウンターのようないくつかの非常に粗い計器でいくつかの測定を行い、それらの測定からのデータは、放射のピークと、次に木星に近いギャップを示しました。これにより、ギャップが存在するというさらなる証拠が得られました。データセットは非常に限られていますが、電波望遠鏡のモデルと一致しています。
例えば： Junoミッションでは特定の科学目標を念頭に置いていたはずですが、木星の放射帯のこの理解とそれらを回避するために必要な軌道が、Junoミッションの科学目標をどのように形作ったのでしょうか。それはすべての目的を完全に放棄することを強制しましたか？
「実際、基本的に軌道を動かしたのは科学の目的でした。」
SB： いいえ、まったくありません。実際、基本的に軌道を動かしたのは科学の目的でした。それが、本当に親しくなりたいと思った理由です。問題は、どれだけ近づくことができるか、そして何回軌道に乗ることができるかということでした。ですから、放射線が何をしているのかというと、軌道を変更できるのは、軌道を回れる回数を制限するほどではなかったということです。そのため、私たちには限られた寿命があり、その限られた寿命のために、できるだけ早く惑星をマッピングできる軌道に乗りました。等間隔に配置された多くの異なる経度で非常に接近して飛行したいと考えています。
科学の目的と放射線帯の制約から、Junoはこれほど長く続くことはないので、限られた時間内に地図を完成させる必要があります。したがって、トレードオフが少しあります。たぶん、Junoをより多くのチタンとより多くのシールドでより長く保護する方法があったのかもしれませんが、最後にとても悪くなるので、それがそれ以上保護されるかどうかはわかりません。
「十分な燃料を搭載できていたら、ミッションの途中で軌道を変更できただろう...」
例えば： 収益が減少していると思いますか？
SB： 正しい。したがって、エンジニアリングの制限とロケットで打ち上げることができる実用性は、本当に私たちを制限したものです。十分な燃料を搭載できたのであれば、ミッションの途中で軌道を変更して、長持ちさせることができたでしょう。ただし、これには大量の燃料が必要になります。どうなるかというと、木星に近づくと完全に対称ではなくなるため、Junoの軌道の形状が変わり始めます。
例えば： では、軌道を維持するために修正を加える必要がありますか？
SB： ええ、でもできません。私たちはそのようなことをするのに十分な燃料を持っていないので、あなたは木星が軌道に対してすることと一緒に暮らさなければなりません。ですから、それは軌道を回し始めます、そして、私たちが木星に来るたびに、それは軌道をもう少しねじり始めます。私たちはそれを科学的に少し使用しますが、現実は私たちが一緒に生活しなければならないものにすぎません。ミッションの前半では、モードが正しい場合、最大量の放射線に対処する必要はありませんが、ミッションの後半に向かって悪化し始めます。当初のように放射線帯を避けることはできません。基本的に、それがJunoミッションの寿命を制限するものです。
例えば： ジュピターは常にジュノの軌道に影響を与えており、それに対処する能力は限られていますか？
SB： そのとおりです。それは木星が完全な球ではないからです。
例えば： そして、その目的の1つは木星の重力をマッピングすることですか？
SB： ええ、球の正確さがどれほど不完全であるかを見つけるためです（笑い）そして、そこから内部構造がどのようなものか、そしてそれがどのように形成されたかについて学びます。
例えば： これは、ジュノの軌道の形状が何であるかを尋ねる良い機会のように思えますか？木星にどれくらい近づき、軌道上でどれくらい離れますか？
「…外の衛星の近く、カリストの近くにいる」
SB： ほとんどの軌道と同様に楕円であり、最も近いアプローチポイントは、雲の頂上から約5,000 km（3100マイル）上にあります。これはペリジョーブと呼ばれます。反対側には、外の衛星の近く、カリストの近くなどにいます。
例えば： では、かなり離れています。
SB： はい、かなり離れています。 Junoが軌道を完了するには14日ほどかかります。そして、もう一方の向きは極の真上です。北極と南極の真上。しかし、すぐにその軌道に乗ることはできません。最初にロケットを発射しなければなりませんが、軌道に乗るのに約53日かかる大きな軌道に乗ると、木星からの距離が遠くなります。最初の数か月の間に、軌道を修正して最終的に必要なものを得るのに十分な燃料があり、それには数か月かかります。
例えば：ジュノは軌道を変えるための燃料以外に、太陽光発電も利用しています。あなたは太陽にさらされたままでいなければならないので、それはあなたの軌道を設計するときに追加であったにちがいないでしょうか？
「…一般的に、私たちは木星による影や掩蔽を避けます。」
SB： ええ、それは木星の影に入るのを避けたいという意味で追加の制約でした。ソーラーパネルは常に太陽を見たいです。私たちはそれなしで短期間行くことができますが、一般に私たちは木星による影や掩蔽を避けます。
例えば： 軌道が木星から遠く離れている理由の1つですか？木星の影に入るのを避けるには？
SB： はい、そのとおり。近づいていても、横を回っていれば避けられます。たとえ軌道が小さくても、木星の後ろに行く必要はありません。しかし、あなたはそれらすべてを計算し、確認する必要があります。
例えば： Junoのすべての機器は、その軌道全体でアクティブになりますか？または、特定のセンサーや計測器専用の軌道はありますか？
SB： 一般に、すべての機器がアクティブです。しかし、ポインティング要件に基づいて特定のことに焦点を当てた軌道があります。たとえば、重力測定。重力場を測定するときは、アンテナが地球にできるだけ向いていることを確認する必要があります。それが、重力場を測定する方法です。Junoが地球に送り返す信号を見て、無線信号のドップラーシフトを測定します。これにより、重力場がJunoをどのように押したり引いたりしたかがわかります。
重力場を測定していないときは、木星を直接向けることを好む楽器が他にもあります。重力場を測定している間もデータを取得できますが、木星を直接指している方が適しています。ソーラーアレイがまだ太陽に向けられていて、宇宙船との通信を維持できるため、重力場全体の測定値を取得することはできません。
「…ミッションの最後には、太陽電池は当初のように機能することは期待されていません。」
したがって、そのジオメトリ専用の軌道がいくつかあります。もちろん、私たちがそれに専念しているときは、重力システムを使用していなければ、それを遮断することができただけでした。しかし、私たちの推定は、私たちの力は、これらの両方を同時にオンに保つことができるほど十分であると今は思っています。私たちがそれを行うかどうかにかかわらず、それは必須ではありませんが、ミッションの最後では、太陽電池は当初のように機能することが期待されていません。
例えば： それは放射線のせいですか？電子機器が敏感であるのと同じ理由で、太陽電池は時間とともに劣化しますか？
SB： そのとおり。保護されていますが、どれだけうまく機能するかはわかりません。計画にはありませんが、ミッションの終わりに、すべてを実行するのに十分な電力がない場合は、一部の機器をシャットダウンすることができるという考えで対応できます。私たちが彼らにしてほしいと思っていた科学のほとんどを行いました。オンになっている楽器とオンになっていない楽器の順番を並べ替えることができます。
例えば： それで、放射線がモデリングが示唆するよりも厳しい場合、それはあなたにいくつかの任務の柔軟性を与えますか？最後に優先順位を付ける柔軟性がありますか？
SB： そのとおりです。今のところ、私たちのモデルではそうする必要はないことを示していますが、必要に応じてダイヤルを回すことができます。
例えば： 木星の放射とJunoミッションのために行った詳細なモデリングについて疑問に思っています。NASAのWebサイトやその他の情報源から入手できる情報を見ています。 Junoのすべての計測器が33の軌道を生き残ることは期待されていないことが示唆されていますが、そうですか？楽器の生存のための最良のシナリオのようなものはありますか？私はそのJIRAM（Jupiter Infrared Auroral Mapper）を読んだことがあります。Junocamは8番目の軌道までしか持続せず、マイクロ波放射計は軌道11までしか持続しない可能性があります。これは最良のシナリオですか。または、それらの軌道番号を追跡している道路モデルの真ん中ですか？
SB： それが最悪のシナリオであることを願っています。それらは、放射線で2倍のマージンでそれを生き残るように設計されています。おそらく2倍よりも少し大きいでしょう。したがって、彼らは問題なくそれを行うことができるはずです。彼らがそれほど長く続かなかったら、それは驚きです。私たちの期待は、彼らがおそらく使命の終わりに行くことです。しかし、それは当てになりませんし、必要もありません。これは、これらの機器のいくつかが<titanium>ボールト内に電子機器を備えていないという事実から来ています。
例えば： それは、彼らが使命を果たすために33の軌道すべてを必要としないからですか？ミッションを完了するために必要な軌道の数に基づいて、チタン製の金庫の内部にある器具に優先順位が付けられていますか？
「すべての電子機器を備えた金庫室は、非常に暖かい場所である可能性があり、一部の機器は、寒いときに少し良くなる場合があります。」
SB： そのとおり。それが、私たちがその選択をした方法です。彼らは明らかに木星の放射からのある程度の保護を必要としたので、それらの周りには小さな箱がありますが、巨大な金庫室とは異なります。ボールトにない理由は他にもいくつかあります。それらを移動することにはいくつかの利点があります。すべての電子機器を備えた保管庫では、非常に暖かい場所になり、一部の機器は、寒いときに少し気分が良くなります。そのため、さまざまな取引が行われています。しかし、科学の目的を達成してミッション全体を持続させる必要はないという意味で、あなたはそれを十分に特徴付けました。しかし、私が期待するのは、それらが長持ちすることには利点があるということです。そのため、それらを長持ちさせるように設計したときに期待しています。
例えば： スコット、NASAでの正式な肩書きは何ですか？
SB： 正式には主任調査官と呼ばれています。だから私はJunoミッションの主任調査官です。それは、NASAの人々にとってほとんど意味のない正式なタイトルです。
例えば： では、Junoの最初からミッションデザインに携わっていますか？
SB： そうそう。私は、全体、またはプロセス全体を作成しました。 Principal Investigatorが平均的な人に意味するのは、Junoの責任です。 Junoに関連するすべてのものについて、私はその成功に責任があります。設計、エンジニアリング、科学、時間通りの構築、多すぎる費用、スケジュールなど、さまざまなことです。別の言い方をすると、何か問題が発生した場合、私が非難されるのは私です（笑い）。
例えば： まあ、それはうまくいくと思います[笑い]。だから、私と同じように、ジュノが木星に到着することをかなり熱心に期待しているに違いありません。 1つ選択する必要がある場合、Junoの使命の中で最も面白くて刺激的な部分は何ですか？答えるのはほぼ不可能だと思います。そして、あなたにとって何が驚きでしょうか？ニューホライズンがプルートに到着したとき、そこで発見した驚くべきことや、カッシーニが間欠泉を発見したとき、いつも私たちを待っているのは驚きのようです。 Junoで最もエキサイティングなことは何だと思いますか、または意外な発見があると思いますか？
「…Junoのエキサイティングな部分は、これまで誰も行ったことのない場所に行くことです。」
SB： まあ、驚きの定義では、私にはわかりません。それらのどれも予期できなかったため、驚きでした。しかし、ご存知のように、Junoのエキサイティングな部分は、私たちが今まで誰も行ったことのない場所に行くということです。今までになかった測定を行います。これまでに作成されたことのない機器があり、特別な測定を行うことができるこのユニークな軌道形状にそれらを入れることは言うまでもありません。だから、私たちを驚かせる新しい何かを学ぶことへの期待は刺激的な部分だと思います。
どこから来たのか、どうやってここに来たのかという考えが変わると、私たちは本当に何を学びますか？ジュピターは本当に好きですか？それについては非常に多くのパズルがあり、それはとても重要です。今日でも、私たち自身の太陽系について学んだこと、および太陽系外惑星を見ることができるようになったときに他の太陽系について学んだことは、木星を私たちにとってさらに重要なものにしているだけです。それは本当に鍵を握っています、そして私がエキサイティングな部分は私達がそれらの秘密への扉の1つを最終的にロック解除するつもりであるということであると私はエキサイティングな部分だと思います。今後のミッションでさらに多くのことを学ぶための道のりを支援しています。
もう1つ私がわくわくしているのは、私が主任調査官と呼ばれる人物であるにもかかわらず、それが何を意味するのかをNASAに尋ねたところ、私がすべての責任を負っていると言われた場合、本当の真実は1人ではないということです。これを実現したのは巨大なチームです。それはそれを設計するのに役立ち、それを行う方法を作成し、制約を理解し、それがどのように機能するかを理解し、それを実現するために必要なテクノロジーを理解し、基本的にそれを作成するビジョンを持ち、それを実装し、そのビジョンを実現する能力。私がこれを達成している人々のチームの一部であり、そのチームが実際に私たちの社会と人間の一部であり、すべてが物事を理解しようと手を伸ばしていることに興奮しています。自然との調和や宇宙のしくみなど。私は一般的に、そのようなことをしようとしている何かの一部であることに興奮しています。
例えば： それは素晴らしく、あなたの言葉に完全に同意します。私にとっても、スペースマガジンの読者にとっても刺激的だと思います。これは大きな使命であり、結果が戻ってくるのを待ちきれません。そして、いくつかの写真。とてもエキサイティングです。
SB： 私も。 [笑い]
例えば： 本日は、スコットさんにお話を伺っていただきありがとうございます。うまくいけば、またお話しできます。人々はジュノの使命に強い関心を持っていることを知っています。
SB： どういたしまして。良い一日を過ごしてください。
