Le rayonnement intense autour de Jupiter a façonné tous les aspects de la mission Juno, en particulier l'orbite de Juno. Les données montrent qu'il existe un écart entre les ceintures de rayonnement qui encerclent Jupiter et les sommets des nuages de Jupiter. Juno devra «enfiler l'aiguille» et voyager à travers cette lacune, afin de minimiser son exposition aux radiations et d'atteindre ses objectifs scientifiques. À la complexité de la mission Juno s'ajoute le fait que la conception de l'engin spatial, les objectifs scientifiques et les exigences orbitales se sont tous façonnés.
Je ne savais pas à quelle question commencer cette interview: comment les conditions autour de Jupiter, notamment son rayonnement extrême, ont-elles façonné l'orbite de Juno? Ou, comment l'orbite nécessaire à Juno pour survivre au rayonnement extrême de Jupiter a-t-elle façonné les objectifs scientifiques de Juno? Ou, enfin, comment les objectifs scientifiques ont-ils façonné l'orbite de Juno?
Scott Bolton, chercheur principal de la NASA pour la mission Juno à Jupiter. Crédit d'image: NASA
Comme vous pouvez le voir, la mission Juno ressemble à un nœud gordien. Je suis sûr que les trois questions ont dû être posées et répondues plusieurs fois, les réponses façonnant les autres questions. Pour aider à démêler ce nœud, j’ai parlé à Scott Bolton, chercheur principal de la NASA pour la mission Juno. En tant que responsable de toute la mission Juno, Scott a une compréhension complète des objectifs scientifiques de Juno, de la conception de Juno et de la trajectoire orbitale que Juno suivra autour de Jupiter.
PAR EXEMPLE: Salut Scott. Merci d'avoir pris le temps de me parler aujourd'hui. Le rayonnement de Jupiter est un gros danger auquel Juno doit faire face, et la voûte en titane de Juno est conçue pour protéger l'électronique de Juno. Mais l'orbite de Juno est en partie façonnée par le rayonnement autour de Jupiter. Comment le rayonnement autour de Jupiter a-t-il façonné l'orbite de Junon?
"... nous savions que la région autour de Jupiter est vraiment mauvaise, dangereuse et dure avec les radiations ..."
SB: Eh bien, cela a limité nos choix, disons. L'orbite de Juno a été choisie en combinant les possibilités de mesures scientifiques, qui nécessitaient un certain type de géométrie ou d'emplacement du vaisseau spatial pour effectuer, et le fait que nous devions éviter du mieux que nous pouvions la région la plus dangereuse, essentiellement, dans le système solaire. Cela nous obligeait à être très proche de Jupiter et à orientation polaire. Nous traversons les pôles de Jupiter. Et nous savions que la région autour de Jupiter est vraiment mauvaise, dangereuse et dure avec les radiations, mais nous n'y étions jamais allés avec un vaisseau spatial. Nous ne savons donc pas à quel point elle est dure, ni exactement comment elle est façonnée. Nous avons juste quelques idées.
Mais grâce à des analogies avec la Terre et à la modélisation, nous avons réussi à trouver un moyen d'atteindre les objectifs scientifiques que nous voulions tout en restant en dehors des pires régions. Juno arrive au-dessus des pôles et descendra très près de Jupiter d'une manière qui, selon nous, se situera entre les ceintures de rayonnement et l'atmosphère de Jupiter elle-même.
Sur Terre, il y a une minuscule fenêtre entre nos propres ceintures de rayonnement - qui ne sont pas aussi dangereuses que celles de Jupiter mais ont la même forme - et l'atmosphère terrestre. Il y a un espace là-bas, et nous avons des preuves qu'il y a un espace à Jupiter également, et nous enfilons cette aiguille.
PAR EXEMPLE: D'où proviennent les preuves de cet écart, à part le simple fait de regarder les ceintures de Van Allen sur Terre? Y a-t-il eu des observations de l'un des observatoires de la NASA qui ont montré qu'il y aurait un écart similaire autour de Jupiter?
SB: Nous avons utilisé des radiotélescopes comme le VLS (Very Large Array) et d'autres radiotélescopes du monde entier qui peuvent regarder Jupiter, et à certaines fréquences, ils voient ce qu'on appelle le rayonnement synchrotron. Le rayonnement synchrotron est constitué d'électrons de très haute énergie qui se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière et émettent des émissions radio. Ils le dégagent dans une géométrie très spécifique basée sur la physique relativiste. Nous pouvons voir cela, et cela nous dit quelque chose sur la façon dont le rayonnement est formé, et comment la population d'électrons de haute énergie est distribuée. Cela est utilisé dans les modèles, et nous pouvons indiquer qu'il devrait y avoir un petit écart, en partie parce que lorsque nous regardons ce rayonnement, il semble qu'il se dissipe car il se rapproche très près de Jupiter. Mais nous avons une résolution limitée, donc bien qu'il y ait une indication qu'il existe un écart entre Jupiter et ses ceintures de rayonnement, il n'y a pas de preuve positive.
PAR EXEMPLE: Alors Juno lui-même sera la preuve positive qu'il y a un écart entre Jupiter et ses ceintures de rayonnement?
SB: Oui. Et puis nous avons une autre mesure qui nous aide à comprendre cela. Le vaisseau spatial Galileo qui a orbité autour de Jupiter au milieu des années 90 contenait une sonde qui est entrée dans l'atmosphère de Jupiter pour découvrir de quoi elle était faite. Cette sonde a pris des mesures avec des instruments très bruts, presque comme des compteurs Geiger, et les données de ces mesures ont indiqué un pic de rayonnement puis un écart proche de Jupiter. Cela nous a donc donné des preuves supplémentaires qu'il existe un écart. Bien qu'il s'agisse d'un ensemble de données très limité, il est cohérent avec les modèles des radiotélescopes.
PAR EXEMPLE: Vous devez avoir eu certains objectifs scientifiques en tête pour la mission Juno, alors comment cette compréhension des ceintures de rayonnement de Jupiter et de l'orbite nécessaire pour les éviter a-t-elle façonné les objectifs scientifiques de la mission Juno? Cela a-t-il forcé l'abandon total d'objectifs?
"En fait, ce sont les objectifs scientifiques qui ont essentiellement conduit l'orbite."
SB: Non pas du tout. En fait, ce sont les objectifs scientifiques qui ont essentiellement motivé l'orbite. C’est ce qui nous a poussés à vouloir nous rapprocher vraiment. La question était de savoir à quelle distance pouvons-nous nous rapprocher de la sécurité et combien de fois pouvons-nous orbiter? Je dirais donc que ce que fait le rayonnement, c'est qu'il n'a pas changé notre orbite au point de limiter le nombre de fois que nous pouvons orbiter. Nous avions donc une durée de vie limitée, et à cause de cette durée de vie limitée, nous sommes entrés dans une orbite qui nous a permis de cartographier la planète le plus rapidement possible. Nous voulons le parcourir de très près, à de nombreuses longitudes différentes et régulièrement espacées.
Les objectifs scientifiques et les contraintes des ceintures de rayonnement nous ont dit que Juno ne durera que si longtemps, vous devez donc faire la carte en un temps limité. Il y a donc un petit compromis. Il y avait peut-être un moyen de protéger Juno plus longtemps avec plus de titane, plus de blindage, pour durer un peu plus longtemps, mais ça devient si mauvais à la fin, que je ne suis pas sûr si nous l'avons protégé plus longtemps qu'il durerait plus longtemps.
"Si j'avais pu mettre assez de carburant à bord, j'aurais pu changer l'orbite au milieu de la mission ..."
PAR EXEMPLE: Des rendements décroissants, je suppose?
SB: Droite. Donc, les limites de l'ingénierie et les aspects pratiques de ce que nous pouvons lancer sur une fusée sont vraiment ce qui nous a limités. Si j'avais pu mettre assez de carburant à bord, j'aurais pu changer l'orbite au milieu de la mission pour nous permettre de durer plus longtemps. Cela nécessiterait cependant une énorme quantité de carburant. Ce qui se passe, c'est que lorsque vous êtes près de Jupiter, il n'est pas parfaitement symétrique, il commence donc à changer la forme de l'orbite de Juno.
PAR EXEMPLE: Vous auriez donc besoin de faire des corrections pour maintenir l'orbite?
SB: Oui, mais nous ne pouvons pas. Nous n'avons pas assez de carburant pour faire quelque chose comme ça, donc vous devez vivre avec ce que Jupiter fait sur l'orbite. Donc, il commence à tordre l'orbite, et chaque fois que nous venons par Jupiter, il commence à tordre l'orbite un peu plus. Nous utilisons cela un peu scientifiquement, mais la réalité est que c'est quelque chose avec lequel nous devons vivre. Pour la première moitié de la mission, si les modes sont corrects, nous n'aurons pas à faire face à la quantité maximale de rayonnement, mais vers la seconde moitié de la mission ça commence à empirer. Nous ne pouvons pas éviter les ceintures de rayonnement autant que nous le pouvions au début. C'est essentiellement ce qui limite la durée de vie de la mission Juno.
PAR EXEMPLE: Donc Jupiter affecte constamment l'orbite de Juno, et vous avez une capacité limitée pour y faire face?
SB: C'est correct. C’est parce que Jupiter n’est pas une sphère parfaite.
PAR EXEMPLE: Et l'un des objectifs est de cartographier la gravité de Jupiter?
SB: Oui, pour découvrir à quel point une sphère est imparfaite exactement [rires]. Et puis apprendre de cela à quoi ressemble sa structure intérieure, et donc comment elle s'est formée.
PAR EXEMPLE: Cela semble être le bon moment pour demander quelle est la forme de l'orbite de Juno? À quelle distance de Jupiter se rapprochera-t-il et à quelle distance se rapprochera-t-il de son orbite?
"... nous sommes près des lunes extérieures, près de Callisto ou à peu près."
SB: C’est une ellipse, comme la plupart des orbites, et son point d’approche le plus proche est à environ 5 000 km (3100 miles) au-dessus du sommet des nuages, et c’est ce qu’on appelle le périjove. De l'autre côté, nous sommes près des lunes extérieures, près de Callisto ou à peu près.
PAR EXEMPLE: Assez loin, alors.
SB: Oui, c'est assez loin. Il faudra environ 14 jours à Juno pour terminer une orbite. Et puis l'autre orientation est juste au-dessus des pôles. Juste au-dessus des pôles nord et sud. Mais nous n'entrons pas sur cette orbite immédiatement. Nous devons d'abord tirer nos roquettes et nous entrons dans une orbite beaucoup plus grande qui prend environ 53 jours pour faire le tour, et la distance à laquelle nous nous éloignons de Jupiter est tellement plus longue. Au cours des premiers mois, nous avons suffisamment de carburant pour modifier l'orbite pour obtenir ce que nous voulons finalement, et cela prend quelques mois.
PAR EXEMPLE:Juno est donc également à énergie solaire, autre que son carburant pour changer son orbite. Vous devez rester exposé au soleil, donc cela devait être un supplément lors de la conception de votre orbite?
"... en général, nous évitons les ombres ou les occultations de Jupiter."
SB: Oui, c'était une contrainte supplémentaire dans le sens où je veux éviter d'entrer dans l'ombre de Jupiter. Je veux que les panneaux solaires voient toujours le soleil. Nous pouvons passer de courtes périodes sans cela, mais en général nous évitons les ombres ou les occultations de Jupiter.
PAR EXEMPLE: Est-ce l'une des raisons pour lesquelles l'orbite vous éloigne si loin de Jupiter? Pour éviter d'entrer dans l'ombre de Jupiter?
SB: Oui c'est vrai. Bien que vous puissiez l'éviter même si vous étiez si proche, si vous étiez en orbite sur le côté. Je n'ai pas besoin d'aller derrière Jupiter, même si l'orbite était petite. Mais vous devez calculer tout cela et vous en assurer.
PAR EXEMPLE: Est-ce que tous les instruments de Juno seront actifs sur toutes ses orbites? Ou certaines orbites sont-elles dédiées à certains capteurs et instruments?
SB: En général, tous les instruments sont actifs. Mais nous avons des orbites qui sont concentrées sur certaines choses basées sur des exigences de pointage. Par exemple, la mesure de la gravité. Lorsque nous voulons mesurer le champ de gravité, nous devons nous assurer que l'antenne est dirigée vers la Terre autant que possible. C'est ainsi que vous mesurez le champ de gravité, c'est-à-dire que vous regardez le signal que Juno renvoie à la Terre, et vous mesurez le décalage Doppler du signal radio et cela vous indique comment le champ de gravité a poussé et tiré Juno.
Lorsque nous ne mesurons pas le champ de gravité, nous avons d’autres instruments qui préféreraient pointer directement sur Jupiter. Ils peuvent toujours prendre les données pendant que nous mesurons le champ de gravité, mais il vaut mieux s’ils pointent directement vers Jupiter. Nous pouvons tolérer cela parce que les panneaux solaires sont toujours dirigés vers le soleil, et nous pouvons toujours rester en communication avec le vaisseau spatial, nous ne pouvons tout simplement pas obtenir la mesure complète du champ de gravité.
«… À la toute fin de la mission, les cellules solaires ne devraient pas fonctionner aussi bien qu'au début.»
Nous avons donc des orbites dédiées à cette géométrie. Bien sûr, lorsque nous nous y consacrons, nous pouvions simplement arrêter le système de gravité si nous ne l’utilisions pas. Mais je pense que nos estimations sont maintenant que notre pouvoir est suffisant pour que nous puissions les garder tous les deux en même temps. Que nous le fassions ou non, ce n'est pas nécessaire, mais à la toute fin de la mission, les cellules solaires ne devraient pas fonctionner aussi bien qu'au début.
PAR EXEMPLE: C'est à cause du rayonnement? Pour la même raison que l'électronique est sensible, les cellules solaires vont se dégrader avec le temps?
SB: C'est vrai. Nous les avons donc protégés, mais nous ne savons pas dans quelle mesure cela fonctionnera exactement. Nous ne l'avons pas dans nos plans, mais nous pouvons l'adapter avec l'idée qu'à la fin de la mission, si nous n'avons pas assez de puissance pour tout faire fonctionner, nous pouvons commencer à éteindre certains des instruments qui ont fait la plupart de la science que nous voulions qu'ils fassent. Nous pouvons trier à tour de rôle les instruments qui sont allumés et ceux qui ne le sont pas.
PAR EXEMPLE: Cela vous donne donc une certaine flexibilité de mission si le rayonnement est plus grave que la modélisation ne le suggère? Vous aurez une certaine flexibilité pour prioriser vers la fin?
SB: C'est correct. À l'heure actuelle, nos modèles suggèrent que nous n'aurons pas à le faire, mais nous pouvons tourner ce cadran si nous en avons besoin.
PAR EXEMPLE: Je me pose des questions sur la modélisation détaillée que vous avez effectuée pour le rayonnement de Jupiter et la mission Juno, et sur les informations disponibles sur les sites Web de la NASA et d'autres sources. Il est suggéré que tous les instruments de Juno ne devraient pas survivre aux 33 orbites, n'est-ce pas? Existe-t-il une sorte de meilleur scénario pour la survie des instruments? J'ai lu que JIRAM (Jupiter Infrared Auroral Mapper) et peut-être Junocam pourraient ne durer que jusqu'à la 8e orbite, et le radiomètre à micro-ondes ne pourrait durer que jusqu'à l'orbite 11. Est-ce une sorte de meilleur scénario? Ou plutôt au milieu du modèle de route que vous suivez ces numéros d'orbite?
SB: Nous espérons que c'est le pire des cas. Ils sont conçus pour survivre à cela avec un facteur de 2 marges de rayonnement. C'est probablement un peu plus qu'un facteur de deux. Ils devraient donc pouvoir le faire sans problème. Ce serait une surprise s'ils ne duraient pas aussi longtemps. Nous espérons qu’ils iront probablement à la fin de la mission. Mais je ne compte pas là-dessus, et je n'en ai pas besoin. Cela vient du fait que certains de ces instruments n'ont pas leur électronique à l'intérieur de la chambre forte <titanium>.
PAR EXEMPLE: Est-ce parce qu'ils n'ont pas besoin des 33 orbites pour remplir leur mission? Les instruments sont-ils prioritaires pour être à l'intérieur de la chambre forte en titane en fonction du nombre d'orbites dont ils ont besoin pour terminer leur mission?
«Dans le coffre-fort, tous les appareils électroniques peuvent être assez chauds, et certains instruments sont un peu mieux quand il fait froid.»
SB: C'est vrai. C’est ainsi que nous avons fait ce choix. Ils avaient évidemment besoin d'une certaine protection contre le rayonnement de Jupiter, donc il y a de petites boîtes autour d'eux, mais pas comme la voûte géante. Il y a aussi d'autres raisons pour lesquelles ils ne sont pas dans le coffre-fort. Il y a certains avantages à les déplacer. Dans le coffre-fort avec toute l'électronique peut être un endroit assez chaud, et certains instruments sont un peu mieux quand il fait froid. Il y a donc différents métiers qui ont eu lieu. Mais vous l'avez bien caractérisé en ce sens que nous ne sommes pas tenus de satisfaire les objectifs scientifiques pour les faire durer toute la mission. Mais je m'attends à ce qu'il y ait des avantages s'ils durent plus longtemps. Nous avons donc espoir, lorsque nous les avons conçus, qu'ils dureront plus longtemps.
PAR EXEMPLE: Scott, quel est votre titre officiel à la NASA?
SB: Officiellement, cela s'appelle enquêteur principal. Je suis donc le chercheur principal de la mission Juno. C'est un titre officiel qui ne signifie que quelque chose pour les gens de la NASA.
PAR EXEMPLE: Vous avez donc été sur la conception de la mission dès le début de Juno?
SB: Oh oui. J'ai en quelque sorte créé tout cela, ou tout le processus. Ce que signifie le chercheur principal pour la personne moyenne, c'est que je suis responsable de Juno. Pour tout ce qui est associé à Juno, je suis responsable de son succès. Que ce soit la conception, l'ingénierie, la science, le faire construire à temps, dépenser trop d'argent, le calendrier, tout ce genre de choses. Une autre façon de dire cela est que si quelque chose se passe mal, c'est moi qui suis blâmé [rires].
PAR EXEMPLE: Eh bien, je pense que beaucoup de choses iront bien [rires.] Donc, comme moi, vous devez anticiper avec impatience l'arrivée de Junon à Jupiter. Quelle est la partie la plus intéressante et passionnante de la mission de Juno, si vous deviez choisir une chose? Je suis sûr que c'est presque impossible de répondre. Et quelle pourrait être votre surprise? Lorsque nous regardons l'arrivée de New Horizon à Pluton et les choses surprenantes que nous avons trouvées là-bas, ou que Cassini trouve des geysers de glace, il semble toujours qu'une surprise nous attend. Selon vous, qu'est-ce qui est le plus excitant chez Juno ou qu'est-ce qui pourrait être une découverte surprenante?
"… La partie excitante de Juno, c'est que nous allons quelque part que personne n'est jamais allé auparavant."
SB: Eh bien, par la définition de la surprise, je ne peux pas deviner. Aucune de ces choses n’était prévisible, c’est pourquoi c’était des surprises. Mais vous savez, la partie excitante de Juno est que nous allons quelque part que personne n'a jamais visité auparavant. Nous allons faire des mesures qui n’ont jamais été faites. Nous avons des instruments qui n'ont tout simplement jamais été créés auparavant, sans parler de les mettre dans cette géométrie orbitale unique où vous pouvez faire des mesures spéciales. Je pense donc que l'anticipation d'apprendre quelque chose de nouveau qui nous surprendra est la partie excitante.
Qu'allons-nous vraiment apprendre qui va changer nos idées sur la façon dont nous sommes venus et comment nous sommes arrivés ici? À quoi ressemble vraiment Jupiter? Il y a tellement d'énigmes à ce sujet, et c'est si important. Même aujourd'hui, les choses que nous avons apprises sur notre propre système solaire, et les choses que nous avons apprises sur d'autres systèmes solaires alors que nous avons pu commencer à voir des exo-planètes, n'ont fait que Jupiter encore plus important pour nous. Cela détient vraiment la clé, et je pense que la partie excitante est que nous allons enfin ouvrir une des portes de ces secrets. Nous aidons à ouvrir la voie à de futures missions pour en savoir plus.
L'autre chose que je trouve excitante est même si je suis ce qu'on appelle le chercheur principal, et si vous demandez à la NASA ce que cela signifie et qu'ils vous disent que je suis responsable de tout, la vérité est que ce n'est pas une seule personne. C'est une énorme équipe qui a rendu cela possible. Cela a aidé à le concevoir, qui a créé une façon de le faire, qui a compris les contraintes, qui a compris comment cela pourrait fonctionner, qui a compris les technologies dont nous avions besoin pour y arriver, et qui, fondamentalement, avait la vision pour le créer et avait le la capacité de le mettre en œuvre et de concrétiser cette vision. Je suis ravi de faire partie de cette équipe de personnes qui accomplissent cela, et que cette équipe ne soit en fait qu'une partie de notre société et de notre humanité, qui s'efforcent toutes de comprendre les choses. Des choses comme la façon dont nous nous intégrons dans la nature et comment fonctionne l'univers. Je suis simplement ravi de faire partie de quelque chose qui essaie de faire quelque chose comme ça.
PAR EXEMPLE: C'est génial et je suis entièrement d'accord avec vos mots, et je pense que c'est excitant pour moi et pour les lecteurs de Space Magazine. C'est une mission énorme, et nous avons hâte de commencer à obtenir des résultats. Et une photo. C’est super excitant.
SB: Moi aussi. [rire]
PAR EXEMPLE: Merci d'avoir pris le temps de me parler aujourd'hui Scott. J'espère que nous pourrons parler à nouveau. Je sais que les gens s'intéressent vivement à la mission Juno.
SB: Vous êtes les bienvenus. Bonne journée.
