Спутники Юпитера

Я работаю над космической миссией под названием JUICE — жуткая аббревиатура, которая расшифровывается как Jupiter Icy Moon Explorer («Аппарат для исследования ледяных спутников Юпитера»). Запуск JUICE запланирован на 2022 год, и затем в течение восьми лет аппарат будет лететь к Юпитеру. Мы собираемся на два с половиной года вывести его на орбиту Юпитера, а в последние шесть месяцев миссии выйти на орбиту одного из его спутников — Ганимеда. 

Причина, по которой мы так хотим изучить Юпитер и его спутники, очень проста: под поверхностью трех из спутников Юпитера есть жидкая вода. А когда мы находим жидкую воду, мы сразу же задумываемся, возможна ли там жизнь. Ученых всегда интересовали спутники Юпитера, поскольку, как мы думаем, там могут быть все необходимые условия для возникновения жизни: жидкая вода, источник тепла и, как мы полагаем, органические молекулы. 

О разработке исследовательского аппарата

Мы конструируем для JUICE магнитометр, который измеряет магнитное поле вокруг аппарата, и он очень похож на тот прибор, который был создан для Cassini. Чтобы получить с магнитометра корректные показания, вам нужно удалить его от аппарата на максимальное расстояние: обычно мы крепим его на очень длинную штангу, поскольку нам нужно гарантировать, что магнитное поле самого аппарата не повлияет на точность измерений. Мы уговорили Европейское космическое агентство сделать нам штангу длиной 10,6 метра. Это просто прекрасно, поскольку в этом случае прибор будет достаточно далеко от аппарата. 

Когда вы работаете над приборами, вам нужно сконструировать три разных образца: инженерную модель прибора (engineering model), квалификационную модель (qualification model) и, наконец, полетную модель (flight model), которая отправится в космос. Каждая из этих моделей чуть лучше предыдущей. Мы завершили работу над инженерной моделью в 2018 году, а квалификационную модель планируем закончить к концу 2020-го, так что это длительный процесс. Но для меня интереснее всего работать с инженерами и командой, которая конструирует сам аппарат. Моя цель как ученого — получить точные данные, тогда как Европейское космическое агентство и Airbus, которые строят аппарат, хотят создать лучший аппарат. Мне не нужен лучший — мне нужен аппарат, который предоставит мне точные данные. Так что нам нужно найти правильный баланс между тем, что хотят разработчики аппарата, и тем, что хотят разработчики прибора. Раньше я в такой деятельности не участвовала: я включилась в работу с Cassini, когда мы уже начали получать данные. Так что при разработке приборов нужно представлять, какую научную работу вы собираетесь вести в 2030 году и что вам нужно сейчас для этого сделать. 

О целях миссии

Больше всего нас интересуют три спутника Юпитера. Первый из них — Европа, поверхность которой, как мы полагаем, представляет собой тонкую корку льда. Если мы сможем смоделировать толщину ледяной коры, мы сможем понять, куда лучше всего посадить аппарат, если в будущем захотим его туда отправить. Если мы хотим пробурить скважину и исследовать состав воды, нам нужно посадить аппарат в том месте, где ледяная кора тоньше всего. Так что мы планируем дважды пролететь мимо Европы, и NASA работает над проектом Europa Clipper, который сосредоточится на получении данных о Европе. 

Кроме того, нас интересует Каллисто: мы полагаем, что под ее поверхностью есть жидкая вода, но ее внутреннее строение отличается от строения остальных спутников. Каллисто недифференцирована, то есть у нее нет твердого ядра и ярко выраженных слоев вещества под поверхностью. 

Но в первую очередь мы планируем сосредоточиться на Ганимеде. Для ученого, который конструирует магнитометры и работает с магнитными полями, Ганимед просто рай: это единственный спутник в Солнечной системе, у которого есть свое магнитное поле. Если вы встанете с компасом на поверхности Ганимеда, его стрелка укажет на северный полюс. Таким образом, у Ганимеда есть поле, образованное благодаря динамо-эффекту. К тому же на фоне можно зарегистрировать магнитное поле Юпитера, которое постоянно меняется. Кроме того, жидкая вода под поверхностью Ганимеда слегка соленая, так что магнитное поле Юпитера вызывает в ней электрические токи, которые создают свое магнитное поле, и мои приборы должны суметь его зафиксировать. Так что нам нужно измерить три разных магнитных поля: поле Ганимеда динамо-происхождения, магнитное поле Юпитера и индуцированное магнитное поле. Мне по ночам снятся кошмары о том, как же мы будем их различать. Это как пытаться найти в стоге сена три иглы, которые постоянно меняют цвет и форму. 

Так что нам нужно объединить все эти данные, чтобы лучше понять общую картину, и поэтому я так плотно работаю с инженерами Европейского космического агентства и командой, конструирующей аппарат: аппарат должен быть максимально «чистым», мы не должны фиксировать исходящие от него помехи. Даже если аппарат чист, зафиксировать очень маленькие магнитные сигнатуры невероятно сложно, а если у нас шумный аппарат, мы вообще не сможем этого сделать. 

О перспективах миссии

Меня постоянно спрашивают, буду ли я работать над JUICE в 2030 году. А я не знаю. Мне к тому времени будет 68 лет, и все зависит от того, буду ли я еще гореть проектом. Думаю, да, но у меня в команде есть потрясающие молодые ученые, и они, если захотят, всегда могут принять бразды правления. В работе с командой JUICE я использую тот опыт, который получила в работе над Cassini: тогда я поняла, что, если вы хотите получить лучшие научные результаты, вам нужна кооперация между разными командами, работающими с разными приборами, и вам нужно обмениваться данными, обмениваться идеями. Надеюсь, над JUICE мы будем работать так же, как над Cassini: будем собирать вместе все данные и обсуждать результаты, потому что это лучший способ заниматься наукой — когда ученые из разных стран вместе работают над разными сторонами исследования, чтобы получить наилучшие результаты. Так что, даже если я не буду активно работать в науке в 2030 году, я буду очень внимательно следить за тем, как остальные обрабатывают данные.

Если бы я могла измерить при помощи магнитометра JUICE только какой-то один показатель, я бы измерила глубину жидкого океана на Ганимеде и посмотрела, полностью ли он охватывает планету, и еще замерила бы толщину ледяной корки. Это позволило бы нам не только понять внутреннюю структуру Ганимеда, но и определить, где ледяная кора тоньше всего, то есть куда в будущем мы могли бы отправить аппарат, чтобы пробурить поверхность и заглянуть внутрь. Это самое сложное, и от этого мне по ночам снятся кошмары. Надеюсь, у нас все получится, поскольку мы проектируем приборы под эту задачу, но это будет невероятно трудно. Так что если бы я могла узнать только что-то одно, то я бы выбрала это: по сравнению с этой задачей все остальное просто.