הגשושית יועדה לחקר כוכב הלכת צדק, מה שהופך את שיגורה למשימת החלל היקרה ביותר של הסוכנות האירופית עד אפריל 2023, והיא צפויה להגיע לכוכב צדק בשנת 2031 במטרה לחקור את מבנה האטמוספירה של כוכב הלכת, וכן לחפש אחר סימני חיים באוקיינוסים הזורמים מתחת לפני השטח הקפואים של ירחיו.[5]
משימת JUICE תעסוק בשני נושאים של תוכנית החזון הקוסמי של סוכנות החלל האירופית: מהם התנאים להיווצרות כוכבי הלכת ומוצא החיים? וכיצד פועלת מערכת השמש?[6]
יעדים מדעיים
אוקיינוסים פנימיים - עולמות ראויים לחיים?
הגשושית JUICE תבצע מחקר מפורט של גנימד ותעריך את הפוטנציאל שלו לתמוך בחיים. מחקרם של אירופה וקליסטו ישלימו תמונה השוואתית של הירחים הגליליאניים. שלושת הירחים נחשבים כאוגרים של אוקיינוסים פנימיים של מים נוזליים מחוץ לכדור הארץ, ולכן הם מרכזיים להבנת היכולת לתמוך בחיים של הירחים הקפואים.[7]
היעדים המדעיים העיקריים עבור גנימד, ובמידה פחותה עבור קליסטו, הם:[8]
אפיון שכבות האוקיינוס ואיתור מאגרי מים תת-קרקעיים משוערים
מיפוי טופוגרפי, גאולוגי והרכב של פני השטח
חקר התכונות הפיזיקליות של הקרום הקפוא
אפיון חלוקת המסה הפנימית, הדינמיקה והאבולוציה של הפנים
עבור אירופה, ההתמקדות היא בכימיה החיונית לחיים, כולל מולקולות אורגניות, ובהבנת היווצרות תכונות פני השטח והרכב החומר שאינו קרח מים. תצפיות מרוחקות יותר יבוצעו גם עבור מספר לוויינים לא סדירים קטנים והירח איו הפעיל מבחינה געשית.
מערכת צדק כאב טיפוס לענקי גז
המשימה תתמקד גם באפיון מגוון התהליכים במערכת צדק אשר עשויים להידרש על מנת לספק סביבה יציבה בגנימד, אירופה וקליסטו בסקאלות זמן גאולוגיות. המחקרים של אטמוספירת צדק יתמקדו בחקירת המבנה, הדינמיקה וההרכב שלו. הסירקולציה, המטאורולוגיה, הכימיה והמבנה של צדק יחקרו מהעננים הגבוהים ועד לתרמוספירה. בתוך מערכת הלוויינים של צדק, JUICE תחקור גם את האינטראקציות של הירחים עם המגנטוספרה.
מכשור מדעי
ב-21 בפברואר 2013 נבחרו, לאחר תחרות, 11 מכשירים מדעיים להתקנה על הגשושית. המכשירים פותחו על ידי מדענים ומהנדסים מרחבי אירופה, וכן מארצות הברית.[9][10][11]יפן תרמה אף היא רכיבים לחלק ממשימות הגשושית.[12]
להלן פירוט המכשירים:
Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator (JANUS)
מצלמה שתצלם את גנימד וקליסטו ברזולוציה גבוהה מאוד. למערכת המצלמה 13 מסננים פנכרומטיים, בפס רחבי ובפס צר, בטווח של 0.36 מיקרומטר עד 1.1 מיקרומטר, ומספקת יכולות הדמיה תלת-ממדית. JANUS גם יאפשר לקשר מדידות ספקטרליות, לייזר ומכ"ם לגאומורפולוגיה ובכך יספק את ההקשר הגאולוגי הכולל.
Moons and Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS)
ספקטרוגרף הדמיה (אנ') באור נראה ואינפרא אדום באורך גל של 400 ננומטר עד 5.70 מיקרון, ברזולוציה ספקטרלית (אנ') של 3–7 ננומטר, שיצפה במאפייני ענן טרופוספרי ובמיני גזים קטנים על צדק ויחקור את הרכב הקרח והמינרלים על פני הירחים. הרזולוציה המרחבית תרד ל-75 מטר בגנימד וכ-100 ק"מ בצדק.
UV Imaging Spectrograph (UVS)
ספקטרוגרף הדמיה הפועל בטווח אורך הגל 55–210 ננומטר ברזולוציה ספקטרלית של עד 0.6 ננומטר שיאפיין את האקסוספירות ואת זוהר הקוטב של הירחים הקפואים. רזולוציה של עד 500 מטר בתצפית על גנימד ועד 250 ק"מ בתצפית על צדק.
Sub-millimeter Wave Instrument (SWI)
ספקטרומטר המשתמש באנטנה של 30 ס"מ ועובד בתדרים 1080–1275 גיגה-הרץ ו-530–601 גיגה-הרץ עם כוח רזולוציה ספקטרלי של ~107 שיחקור את הסטרטוספירה והטרופוספירה של צדק, ואת האקסוספירות של הירחים הקפואים ואת פניהם.
Ganymede Laser Altimeter (GALA)
לידאר בגודל נקודה של 20 מטר ורזולוציה אנכית של 10 ס"מ ב-200 ק"מ, המיועד לחקר הטופוגרפיה של הירחים הקפואים ועיוותי גאות ושפל של גנימד.
Radar for Icy Moons Exploration (RIME)
מכ"ם חודר קרח הפועל בתדר של 9 מגה-הרץ (רוחב פס של 1 ו-3 מגה-הרץ) הנפלט מאנטנה של 16 מטר; ישמש לחקור את המבנה התת-קרקעי של הירחים עד לעומק של 9 ק"מ עם רזולוציה אנכית של עד 30 מ' בקרח.
JUICE-Magnetometer (J-MAG)
הגשושית תחקור את האוקיינוסים התת-קרקעיים של הירחים הקפואים ואת האינטראקציה של השדה המגנטי של צדק עם השדה המגנטי של גנימד, באמצעות מגנומטר רגיש.
Particle Environment Package (PEP)
חבילה של שישה חיישנים לחקר המגנטוספירה של צדק והאינטראקציות שלו עם ירחיו. PEP ימדוד יונים חיוביים ושליליים, אלקטרונים, גז נייטרלי אקסוספרי, פלזמה תרמית ואטומים נייטרליים אנרגטיים הקיימים בכל התחומים של מערכת צדק עם אנרגיה מ-1meV ל-1MeV.
Radio and Plasma Wave Investigation (RPWI)
המכשיר יאפיין את סביבת הפלזמה ואת פליטות גלי הרדיו סביב הגשושית. הוא מורכב מארבעה ניסויים: GANDALF, MIME, FRODO ו-JENRAGE. המכשיר ישתמש בארבעה חיישני לאנגמיור (אנ'), עם רגישות עד 1.6 מגה-הרץ כדי לאפיין פלזמה, ומקלטים בטווח התדרים 80 קילו-הרץ עד 45 מגה-הרץ למדידת פליטת גלי רדיו. מכשיר מדעי זה ידוע במידת מה בשימוש בסוניק הקיפוד כחלק מהלוגו שלו.[13]
Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM)
חבילת רדיו מדעית הכוללת משדרKa-band ומתנד אולטרה-יציב (Ultra Stable Oscillator - USM).[14] ישמש לחקר שדה הכבידה של גנימד ואת היקף האוקיינוסים הפנימיים על הירחים הקפואים, ולחקור את מבנה האטמוספירות והיונוספירות של צדק וירחיו. ניסוי זה כולל גם מכשיר הכולל שעון אטומי בעל יכולת דיוק של מיליארדית השנייה, שפותח בשיתוף פעולה של מדעני מכון ויצמן למדע ומהנדסי חברת ההיי-טק הישראלית AccuBeat (אקיוביט), בתמיכת סוכנות החלל הישראלית.[15]
Planetary Radio Interferometer and Doppler Experiment (PRIDE)
הניסוי יפיק אותות ספציפיים המשודרים על ידי האנטנה של JUICE ומתקבלים על ידי אינטרפרומטריית קו בסיס ארוכה מאוד (אנ') כדי לבצע מדידות מדויקות של שדות הכבידה של צדק וירחיו הקפואים.
כדי לצבור מהירות מספקת שתאפשר לגשושית לעלות על המסלול אל כוכב צדק, שרחוק כ-800 מיליון קילומטר מכדור הארץ, צפויה הגשושית להקיף תחילה את כוכב נוגה פעם אחת ואת כדור הארץ שלוש פעמים, על מנת להיעזר בכוח המשיכה שלהם כדי לצבור תאוצה. זמן הטיסה הנוסף יאפשר למערך הפאנלים הסולאריים הגדול שהותקן על גשושית, ששטחו 85 מטרים רבועים, לספוג כמה שיותר חשמל. החללית תשתמש באנרגיה הסולארית כאשר תחלוף על פני מאדים. לאחר מכן תבצע הגשושית תמרון אוטונומי שיאט את קצב הטיסה, על מנת להיכנס למסלול ההקפה של כוכב צדק.[16]
אנימציה של מסלולי JUICE
מסביב לשמש
מסביב לצדק
מסביב לגנימד
השמש • ארץ • JUICE • נוגה • 223 רוזה • צדק • גנימד • קאליסטו • אירופה
בשל העובדה כי מסעה לצדק ייארך כשמונה שנים, ולאחר מכן דרושות עוד כארבע שנות מחקר, פיתחה חברת AccuBeat מתנד אולטרה-יציב (Ultra Stable Oscillator) שיהיה עמיד ויאפשר את צליחת המשימה. הגשושית צפויה להקיף את צדק כמעט 100 פעמים. במהלך כל סיבוב, ימדוד המתנד שינויים זעירים בתדירות קרן רדיו שתישלח מהחללית, דרך האטמוספירה של צדק, אל כדור הארץ. כך יתקבל בכל הקפה פרופיל טמפרטורה של נקודה מסוימת על פני כוכב הלכת, והמדענים יוכלו להרכיב בהדרגה מפה תלת-ממדית של האטמוספירה, שתאפשר לשפר את הבנת מבנהו והרכבו של כוכב צדק. מטרה נוספת של הגשושית היא חקר האוקיינוסים התת-קרקעיים של ירחי צדק קליסטו, אירופה וגנימד.[5]
