ג'ונו (גשושית)

ג'וּנוֹ (באנגלית: Juno) היא גשושית לחקר כוכב הלכת צדק, המהווה חלק מתוכנית הגבולות החדשים של נאס"א. ג'ונו שוגרה מנמל החלל קייפ קנוורל בפלורידה ב־5 באוגוסט 2011, על גבי משגר אטלס 5, והגיעה ליעדה ב־4 ביולי 2016.

שנתיים לאחר תחילת מסעה אל צדק, השתמשה ג'ונו בשיטת המקלעת הכבידתית כאשר חלפה על פני כדור הארץ במטרה להאיץ את מהירותה למהירות הנדרשת כדי להגיע לצדק. עם הגעתה אל ענק הגזים, נכנסה הגשושית למסלול קוטבי ואליפטי סביב צדק שאורך 53 יום. עקב חשש מתקלה במערכת ההנעה של הגשושית, נאס"א החליטה לא לבצע בעירה רקטית מתוכננת להכנסת הגשושית למסלול סופי וקצר יותר בן 14 יום. בסיום משימתה, הגשושית צפויה לבצע התרסקות מבוקרת אל תוך צדק, על מנת למנוע אפשרות שתתנגש באחד מירחיו ותגרום ל"זיהום" שלו בבקטריות מכדור הארץ.

משימת המחקר העיקרית של ג'ונו היא לחפש רמזים לאופן שבו נוצר צדק, לחקור את הרכבו הפנימי, את השדה המגנטי ואת תופעת זוהר הקוטב שלו, מה כמות המים האצורה באטמוספירה הפנימית יותר של צדק, ואיך מפולגת המסה בתוך כוכב הלכת. בנוסף תחקור ג'ונו את התופעות המטאורולוגיות והרוחות באטמוספירה של צדק, אשר יכולות להגיע למהירויות של כ־600 קמ"ש.

ג'ונו היא גשושית המחקר הראשונה שמשתמשת באנרגיה סולארית לחקר כוכבי הלכת החיצוניים. במהלך מסעה אל צדק, בינואר 2016, שברה את השיא של הגשושית רוזטה עבור החללית הרחוקה ביותר מהשמש שמשתמשת באנרגיה סולארית, כאשר הגיעה למרחק של כ־800 מיליון ק"מ מהשמש. במרחק של צדק מהשמש, 5.2 יחידות אסטרונומיות, קרינת השמש חלשה פי 25 מאשר בכדור הארץ, ולפיכך נזקקת הגשושית לשלושה לוחות סולאריים בגודל תשעה מטר כל אחד לקליטת האנרגיה הסולארית, שמורכבים באופן סימטרי בין צדי הבסיס המשושה של הגשושית.

שם הגשושית

שם הגשושית לקוח משמה של האלה יונו (Juno) מהמיתולוגיה הרומית, מקבילתה של הרה מהמיתולוגיה היוונית. לפי מתכנני המשימה, בה אחד מיעדי המחקר הוא לחקור את מבנהו הפנימי של צדק מתחת למעבה העננים שמכסים את פניו, יש דמיון מסוים בינה לבין סיפור מיתולוגי שבו האל יופיטר, בעלה ואחיה של יונו, מנסה להסתיר את בגידתו ביונו באמצעות מעטה עננים. יופיטר (Jupiter) הוא גם שמו הלועזי של כוכב הלכת צדק.

לפי הסיפור המיתולוגי, נימפת המים איו שובה את קסמו של יופיטר והוא מתנה עמה אהבים. כדי להסתיר את מעשיו מיונו, הוא מפזר מעטפת של עננים (או לפי גרסה אחרת - הופך עצמו לענן). יונו, שחושדת במעטפת העננים הזו, מפזרת אותם ומצליחה לחשוף את התכסיס של יופיטר, גם לאחר שהוא הופך את איו לעֶגְלָה.

הסיפור מתואר באפוס מטמורפוזות מאת אובידיוס, ולהלן קטע חלקי מתוך תרגומו של יהושע פרידמן:

רקע היסטורי ופיתוח המשימה

משימות קודמות לצדק

מבין כוכבי הלכת שמחוץ למערכת השמש הפנימית צדק נחקר אולי יותר מכל גרם שמים אחר. צדק הוא ענק גזים וכוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש ובשל כך מעורר עניין מדעי נרחב בנוגע לשאלות רבות, כגון אופן היווצרות מערכת השמש. סיבה נוספת למחקר הרב היא שגם גשושיות שלא נועדו לחקור אותו עברו במסלולו כדי לנצל את כוח הכבידה שלו על מנת להאיץ את מהירותן.

הגשושית הראשונה שחקרה את צדק והביאה צילומים ראשונים שלו הייתה פיוניר 10 בשנת 1973. אחריה ביקרו אותו גם פיוניר 11, וויאג'ר 1 ווויאג'ר 2, יוליסס, גלילאו, קאסיני וניו הורייזונס. גשושיות אלו השיגו מידע רב וחשוב אודות צדק אולם כולן, פרט לגלילאו, חלפו על פניו באופן שמכונה "יעף" (Flyby), ולא חקרו אותו ואת ירחיו ביסודיות.

כבר בשנות ה־60 הצבת לוויין סביב צדק הייתה יעד חשוב של נאס"א, ותצפיותיהן הראשונות של גשושיות הפיוניר היו חשובות בפיתוחה של משימה כזו, שכן הן גילו שחגורות הקרינה במגנטוספירה שלו - שפוגעות במכשור אלקטרוני - פחות חזקות מכפי שסברו קודם לכן, ושמשימה לשליחת מקפת לצדק אפשרית. המקפת "גלילאו" שוגרה לבסוף בשנת 1989 והיא, עד להגעתה של ג'ונו לצדק, הגשושית היחידה שהקיפה אותו (בין השנים 1995–2003). היא כללה גם גשוש קטן שנפל לתוך האטמוספירה של צדק וחקר אותה מבפנים.

אישור המשימה ופיתוחה
במהלך שנות ה־90 הוצעו מספר משימות למחקר נוסף של צדק וירחיו. הרעיון לגשושית שתקיף את צדק במסלול קוטבי אקסצנטרי, בדומה למסלולה של ג'ונו, עלה כבר אז בהצעה שכונתה "צופה זוהר הקוטב של צדק" (Jupiter Auroral Observer). הצעה נוספת בשם "INSIDE Jupiter", שכללה שיגור מקפת לצדק, הגיעה לשלבים הסופיים בתחרות במסגרת תוכנית דיסקברי בשנת 2000, אך במקומה נבחרו המשימות "שחר" וטלסקופ החלל קפלר. בשנת 2003 פרסמה האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית, לבקשת נאס"א, דוח בו המלצות למשימות שונות לחקר מערכת השמש במהלך העשור שבין 2003–2013. מבין המשימות שהוצעו בדו"ח הושם גם דגש על חקר צדק והוצעה בו משימה שכונתה "מקפת צדק קוטבית עם גשושי עומק" (Jupiter polar orbiter with deep probes).

משימת ג'ונו התבססה על אותן הצעות קודמות והוגשה בשנת 2004 להתמודדות בתחרות למשימה השנייה של תוכנית הגבולות החדשים, עליה הכריזה נאס"א שנה לפני כן. ביולי 2004, נבחרו שתי הצעות לשלב הסופי - ג'ונו ומונרייז (Moonrise). מונרייז הציעה לשלוח לירח נחתת ושני רוברים ולהחזיר ממנו דגימה לכדור הארץ. ההצעה נראתה מתאימה יותר לאותה תקופה, שכן באותה שנה הכריז הנשיא ג'ורג' ווקר בוש על החזון לחקר החלל לפיו תחזור ארצות הברית לבצע משימות מאוישות לירח. אף על פי כן, נאס"א הכריזה בשנת 2005 על ג'ונו כמנצחת בתחרות, והחלה בפיתוח המשימה.

התכנון המקורי היה לשגר את ג'ונו כבר באמצע 2009, אולם בהמשך יעד השיגור נדחה ל־2011 כדי לעמוד בלוח הזמנים. בניית הגשושית החלה באפריל 2010 על ידי לוקהיד מרטין במתקן של החברה בדנוור. בתחילת 2011, החלה הגשושית לעבור סדרת ניסויים שנועדו לבדוק את מכשיריה השונים ויכולתה לשרוד בתנאים הקיצוניים בחלל. באפריל 2011, כהכנה לשיגורה מנמל החלל קייפ קנוורל באוגוסט, ג'ונו הועברה לעיר טיטוסוויל בפלורידה בסמוך לנמל החלל, שם המשיכה לעבור בדיקות שונות.

צוות המשימה ושיתוף פעולה בינלאומי
המשימה מנוהלת על ידי המעבדה להנעה סילונית (JPL) של נאס"א. החוקר הראשי של המשימה הוא סקוט ג'. בולטון, חוקר חלל המתמחה במדעים פלנטריים ממכון המחקר הדרום־מערבי בסן אנטוניו שבטקסס. המשימה מבוצעת בשיתוף פעולה עם ארגונים נוספים וכוללת חוקרים מאוניברסיטת הוואי, המכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק), אוניברסיטת קולורדו ו"מרכז המדע הפלנטרי" מטוסון, וכן ממרכז טיסות החלל גודרד של נאס"א.

בפיתוח המשימה היה שיתוף פעולה עם גורמים בינלאומיים, והמרכזית בהם היא סוכנות החלל האיטלקית. הסוכנות תרמה לבניית הגשושית חלק ממערכת תקשורת הרדיו שלה וכן ספטקרומטר תת־אדום (ראו JIRAM בפסקת מכשור מדעי). הסוכנות תרמה גם את דיסקית גלילאו שהותקנה בג'ונו לזכר גלילאו גליליי. גם המשרד הפדרלי הבלגי למדיניות מדעית (BELSPO) לקח חלק במשימה ותרם רכיב עבור הספקטרוגרף העל־סגול של ג'ונו (UVS). מבין הצוות המדעי שיוכל להיעזר במידע שתביא ג'ונו, ניתן למנות גם את החוקרת הישראלית למדעים פלנטריים רוית חלד.

עלות
כחלק מתוכנית הגבולות החדשים של נאס"א, שכוללת משימות בעלות בינונית יחסית - התחרות במסגרתה נבחרה ג'ונו כללה גם מסגרת תקציב של 700 מיליון דולר, לא כולל עלות השיגור לחלל. לאחר הוצאות נוספות שלא תוכננו מלכתחילה, ויחד עם עלות השיגור ותפעול הגשושית עד לסיום משימתה - מוערכת העלות הסופית של משימת ג'ונו בכ־1.1 מיליארד דולר. מחצית מסכום זה שימשה לפיתוח הגשושית ומכשירי המדידה, 184 מיליון עבור השיגור, ויותר מ-300 מיליון דולר עבור תפעול הגשושית ומחקר מדעי לאורך תקופת המשימה.

יעדי המחקר של המשימה

מטרתה המרכזית של ג'ונו היא להמשיך את המחקר שנעשה על צדק ולהבין טוב יותר את אופן היווצרותו, התפתחותו והרכבו הפנימי. לפי ההיפותזה המקובלת, צדק - שמרבית המסה שלו מורכבת מהגזים הקלים מימן והליום, ובכך הרכבו דומה להרכב הכימי של השמש - נוצר בשלבים הראשונים של היווצרות מערכת השמש. יתר כוכבי הלכת התפתחו בשלבים מאוחרים יותר והושפעו במידה ניכרת מקיומו של צדק, ולכן הבנת תהליכי היווצרותו היא שלב חשוב בהבנת התפתחות מערכת השמש כולה. בנוסף לכך, מכיוון שיותר ויותר כוכבי לכת חוץ־שמשיים מתגלים, ורבים מהם הם ענקי גזים, הבנת מבנהו של צדק ובניית מודל מתמטי המתאר אותו, תאפשר להשתמש בו כאב טיפוס להבנת שאר ענקי הגזים במערכת השמש ובמערכות פלנטריות אחרות.

אחת השאלות המרכזיות לגבי אופן היווצרותו ומבנהו הפנימי של צדק היא שאלת קיום הליבה במרכזו, הרכבה והמסה שלה. לפי מודל אחד צדק נוצר בתהליך של ספיחה על ליבה, בו ליבה ראשונית, שהתגבשה בדיסקה הקדם־פלנטרית שסבבה את השמש הקדומה, ספחה שכבת גז של מימן והליום שעטפה אותה (Core Accretion Model). מודל אחר גורס כי צדק נוצר ללא ליבה ראשונית עקב קריסה כבידתית של גזי מימן והליום, בגלל אי־יציבות כבידתית בדיסקה הקדם־פלנטרית (Disc Instability Model). מודלים אלו מנבאים מסה שונה לליבה של צדק, ולכן מדידת המסה שלה תאפשר אישוש או הפרכה של המודלים השונים. ג'ונו תחקור את הרכבו הפנימי של צדק באמצעות ניסוי כבידתי (ראו ניסוי GS בפסקת מכשור מדעי) שייבחן וריאציות בשדה הכבידתי של צדק, אשר מהן ניתן ללמוד על התפלגותה של מסת צדק. התפלגות המסה בצדק קשורה קשר הדוק למומנט התמד פולרי מנורמל, והמידע שג'ונו צפויה למצוא יעזור לצמצם את אי־הוודאות בו ובכך לשקף את המבנה הפנימי של כוכב הלכת.

משימה מרכזית נוספת של ג'ונו היא למדוד ולהעריך את שיעור המים באטמוספירה של צדק. שיעור המים בצדק הפך לשאלה מרכזית לאחר שהגשושית הקודמת לצדק, גלילאו, שלחה גשוש אל תוך האטמוספירה של צדק ומדדה שיעור מים נמוך מאוד, בניגוד להשערות החוקרים. אחד ההסברים המקובלים לתעלומה זו הוא שהגשוש נכנס לתוך "נקודה חמה" (Hot Spot) באטמוספירה, בה שיעור המים נמוך ביחס ליתר המקומות (בדומה למדבר בכדור הארץ). בניגוד לגלילאו, ג'ונו לא תחקור את האטמוספירה במקום ספציפי, אלא באמצעות מדידת קרינת גלי המיקרו שפולט צדק, מה שיאפשר לחוקרים לחקור את האטמוספירה הפנימית, מעבר למעבה העננים, עד לעומקים שבהם הלחץ גבוה יותר מ־100 בר (בר אחד קרוב בערכו ללחץ בגובה פני הים בכדור הארץ).

מדידת שיעור המים תאפשר להבין טוב יותר את התפקיד של פלנטיסימלים בהיווצרות מערכת השמש. לפי מודלים שמתארים את היווצרות מערכת השמש, לפלנטיסמלים שנוצרו על ידי מים שקפאו במרחק גדול מספיק מהשמש (מעבר ל"קו השלג"), היה תפקיד מרכזי בהעברת יסודות כבדים וחומרים נדיפים (Volatiles), כמו מים, אל כוכבי הלכת במערכת השמש, ובכללם כדור הארץ. נתון שמתאים להשערה זו הוא השיעור הגבוה בצדק של יסודות כבדים כגון ארגון וחנקן, שמדד הגשוש ששלחה גלילאו אל תוך צדק, מכיוון שפלנטיסימלים יכלו להעשיר את צדק ביסודות אלו. אולם במקרה כזה יש לצפות גם לשיעור מים גבוה בצדק, דבר שלא נמדד על ידי הגשוש, ולכן ג'ונו תבצע מדידה גלובלית של שיעור המים. מדידת המים תאפשר גם לאשש או להפריך מודלים שונים לגבי מיקום היווצרותו של צדק - כאשר לפי חלק מהמודלים צדק לא נוצר במיקומו הנוכחי אלא נדד פנימה.

ג'ונו תחקור גם את הדינמיקה והעומק של התופעות המטאורולוגיות המרשימות הנראות על פניו. מדידת העומק של אותן תופעות תאפשר להבין כיצד חלקן מסוגלות להימשך מאות שנים, כגון הכתם האדום הגדול, סופה ענקית בצדק שנצפתה לראשונה לפני יותר מ־300 שנה.

יעד מחקר נוסף של משימת ג'ונו הוא לחקור ולמפות את השדה המגנטי העצום של צדק ואת המגנטוספירה שלו, האזור בחלל שמושפע מהשדה המגנטי, אשר משתרכת לאורך מיליוני קילומטרים. באמצעות חקר השדה המגנטי, ג'ונו תאפשר להבין טוב יותר כיצד פועל תהליך הדינמו שיוצר אותו: בדומה לכדור הארץ, השדה המגנטי של צדק נוצר על ידי תנועה של מוליך חשמלי בתוך כוכב הלכת. אולם בניגוד לכדור הארץ, בו החומר המוליך הוא ברזל מותך בליבה החיצונית, בצדק החומר המוליך הוא מימן, שעקב הלחץ העצום במעמקי כוכב הלכת הופך למימן מתכתי שמתנהג כמוליך. ג'ונו תחקור גם את תופעת זוהר הקוטב בקטביו של צדק, שנוצרת על ידי השדה המגנטי שלו.

מהלך המשימה

שיגור הגשושית
ג'ונו שוגרה לחלל מנמל החלל קייפ קנוורל בפלורידה ב־5 באוגוסט 2011 על גבי משגר אטלס 5 מדגם 551, הדגם הכבד ביותר של המשגר. המשגר המריא עם הצתת השלב הראשון שלו שכלל מנוע רקטי יחיד מסוג RD-180 המשתמש בדלק נוזלי, יחד עם חמש רקטות האצה שפועלות על דלק מוצק. רקטות ההאצה פעלו ב־90 השניות הראשונות של השיגור ולאחר מכן נפרדו מהמשגר ונפלו ארצה, בזמן שהשלב הראשון המשיך לפעול לכ־3 דקות נוספות. לאחר מכן גם הוא התנתק ונפל, והשלב העליון מסוג קנטאור החל לבעור למשך 6 דקות, והציב את הגשושית במסלול לווייני נמוך סביב כדור הארץ. חצי שעה לאחר מכן הוצת מחדש המנוע של הקנטאור, על מנת להאיץ את הגשושית למהירות המילוט הנחוצה כדי להשתחרר מכוח המשיכה של כדור הארץ ולעבור למסלול הליוצנטרי סביב השמש. לאחר מכן נפרדה הגשושית משלב הקנטאור ופרסה את שלושת הלוחות הסולאריים שלה.

יעף בקרבת כדור הארץ

על אף שאטלס 5 הוא אחד המשגרים הכבדים ביותר שנמצאים בשימוש, הוא לא היה חזק מספיק על מנת לשגר את הגשושית במסלול ישיר לצדק. על מנת להגיע ליעדה, כוונה הגשושית למסלול ראשוני שהגיע אל מעבר למסלולו של מאדים והחזיר את ג'ונו לכדור הארץ על מנת לבצע בקרבתו יעף ב־9 באוקטובר 2013. שיטה זו מכונה מקלעת כבידתית, ובמסגרתה השתמשה הגשושית בכוח הכבידה של כדור הארץ על מנת להאיץ את מהירותה למהירות של כ־140,000 ק"מ בשעה (כ־39 ק"מ בשנייה), ביחס לשמש. בנוסף, היעף אפשר למדענים לבחון חלק מהמכשור המדעי של הגשושית.

באופן בלתי מתוכנן, נכנסה הגשושית במהלך היעף ל"מצב בטוח" לזמן קצר. הסיבה לכך הייתה תקלה בהגדרות ההגנה האוטומטית על הסוללות מפני הספק חשמלי נמוך, אף על פי שמחסור קצר באור שמש שיגרום לכך היה מתוכנן כחלק מן היעף. אולם הגשושית לא ניזוקה, והחלה שיוט שקט של כ־3 שנים אל עבר צדק.

מסלול סביב צדק והשלב המדעי

ג'ונו הגיעה אל צדק ב־4 ביולי 2016. עם ההגעה לצדק הגשושית הציתה את המנוע הראשי לבעירה רקטית שנמשכה 35 דקות ולכדה אותה במסלול סביב צדק. ג'ונו מקיפה את כוכב הלכת במסלול קוטבי, בו נטיית המסלול שלה היא כ־90 ±10 מעלות לקו המשווה של צדק, כך שהיא עוברת מעל קטביו. מסלולה אליפטי מאד: הנקודה הקרובה ביותר במסלול (פריאפסיד) נמצאת במרחק של כ־4,200 ק"מ מעל פני העננים העליונים של צדק, בעוד הנקודה הרחוקה ביותר במסלול (אפואפסיד) מביאה את ג'ונו למרחק של כ־8.1 מיליון קילומטר מצדק.

ג'ונו תוכננה במקור להשתמש במנוע הרקטי שלה פעם נוספת, על מנת להיכנס למסלול בעל משך הקפה קצר יותר עבור השלב המבצעי של המשימה, אך היא נשארה במסלול הראשוני עקב חשש מתקלה במערכת ההנעה הרקטית.

לפי התכנון המקורי, בזמן שיגור החללית, המסלול הראשוני של ג'ונו אמור היה לכלול הקפה בודדת שתימשך 107 ימים, אך כשנה לפני ההגעה לצדק הוחלט לפצל אותו לשני מסלולים קצרים יותר בני 53.5 ימים כל אחד. ג'ונו תוכננה לבצע ב־19 באוקטובר 2016 את הבעירה הרקטית המוזכרת לעיל, כדי להיכנס למסלול מבצעי קצר יותר בן 14 יום. הבעירה הרקטית נדחתה לאחר שהתגלתה, בבדיקה לפני הבעירה, פתיחה איטית מהמתוכנן בשסתומי הליום של מערכת לוויסות הלחץ של דלק המנוע הרקטי. חקירה שבדקה את הבעיה העלתה כי קיים חשש שהתקלה תקרה גם במהלך הבעירה הרקטית ועלולה להוות סיכון לחללית או תביא למסלול לא רצוי. בעקבות התקלה, נאס"א החליטה לוותר על הבעירה הרקטית ולהשאיר את החללית במסלול הראשוני שלה, שנמשך כאמור 53.5 יום.

מלבד הארכת משך המשימה באופן משמעותי, מעבר ל־20 החודשים שתוכננו, לג'ונו יש את אותה יכולת איסוף נתונים מדעיים כמו במסלול שתוכנן לה במקור, מכיוון שבשני המסלולים היא הייתה מגיעה לאותה נקודת פריאפסיד (הנקודה הקרובה ביותר במסלול סביב המוקד - צדק). ב-6 ביוני 2018 הודיעה נאס"א על הארכת המשימה מעבר לתכנון המקורי, ולתקצבה עד 2021.

המסלול האליפטי של ג'ונו נקבע על בסיס היעדים המחקריים של המשימה, שדרשו את ההתקרבות המקסימלית האפשרית לכוכב הלכת, בעיקר כדי למפות ביסודיות את השדה הכבידתי והשדה המגנטי של צדק. המסלול עובר דרך הקטבים של צדק, בשל כמה סיבות:
המסלול הקוטבי מאפשר מיפוי גלובלי של צדק, מכיוון שהוא חולף על פני כל קווי הרוחב של כוכב הלכת. בשל הסיבוב העצמי של כוכב הלכת, כל התקרבות של ג'ונו אליו תעשה בקו אורך שונה, כך שהיא תסקור כל פעם אזור אחר.
המסלול הקוטבי והאליפטי מאפשר לה לעבור במרווח שבין צדק לבין חגורות הקרינה המסוכנות במגנטוספירה שלו וכך להתחמק מהן. למרות זאת, לא תצליח ג'ונו להתחמק מחגורות הקרינה לחלוטין, וככל שתימשך משימתה היא תספוג יותר קרינה שתפגע במכשור האלקטרוני שלה. הסיבה לכך נעוצה בפחיסות של צדק - שתגרום עם הזמן להטיית מסלולה של ג'ונו, כך שהיא תעבור יותר ויותר בתוך אזור חגורות הקרינה שלו.
המסלול לא עובר מאחורי צדק, ולכן משאיר את ג'ונו חשופה לאור השמש ובקשר עין עם כדור הארץ לאורך כל זמן פעילותה.
המסלול יאפשר לג'ונו לחקור ביסודיות את שני קטביו של צדק, דבר שלא נעשה עד היום.

תצפיותיה של ג'ונו נעשות בעיקר בזמן קצר של כ־3 שעות לפני ו־3 שעות אחרי הנקודה הקרובה ביותר לצדק במסלול (פריאפסיד). שאר הזמן, כאשר ג'ונו נמצאת הרחק מצדק במהלך רוב המסלול, ישמש לשידור המידע שהגשושית אספה חזרה לכדור הארץ ולבחינת התקינות שלה ושל מכשיריה.

סיום המשימה
מכיוון שהקרינה בסביבת צדק תפגע באופן הדרגתי במכשור האלקטרוני של הגשושית, היא תוכננה מראש לשרוד לתקופה קצרה יחסית ולפעול במשך כ־20 חודשים. כשמשימתה סביב צדק תסתיים, הגשושית תפעיל את המנוע הרקטי שלה לתמרון אחרון על מנת להיכנס למסלול התנגשות בצדק, אז תתפרק באטמוספירה שלו. ההשמדה המכוונת נועדה למנוע התנגשות של ג'ונו באחד מירחיו של צדק, ולגרום ל"זיהום פלנטרי" של אחד מהירחים עליהם יש אולי אפשרות לקיום חיים. החשש גדול במיוחד בקשר לירח אירופה, בו חוקרים משערים שמתקיים אוקיינוס תת־קרקעי מתחת למעבה של קרח. במהלך בנייתה היה ניסיון לשמור על הגשושית נקייה מבקטריות שעלולות לשרוד את התנאים הקשים בחלל החיצון, והיא נבנתה ב"חדר נקי" בו נשמרים תנאי ניקיון גבוהים ביותר. על אף הניסיון לשמור על הגשושית נקייה, לא ניתן היה לוודא חיטוי מוחלט שלה ועל כן ננקטת שיטה זו של התרסקות מבוקרת, כפי שננקטה בעבר עבור גשושיות אחרות כמו גלילאו.

הארכת המשימה 
בינואר 2021 הודיעה נאס"א על הארכת המשימה של הגשושית עד לחודש ספטמבר 2025. בתקופה זאת תעבור הגשושית לחקור את ירחי צדק: גנימד, איו ואירופה. ב־26 בדצמבר 2019, מכשיר ה־JIRAM על סיפון הגשושית ג'ונו צילם לראשונה את הקוטב הצפוני של גנימד באינפרא אדום. ג'ונו חלפה במרחק של כ־100,000 ק"מ מהירח גנימד וצילמה 300 תמונות אינפרא אדום של פני השטח, ברזולוציה מרחבית של 23 ק"מ לפיקסל.
ב־7 ביוני 2021 ג'ונו חלפה במרחק 1,038 ק"מ ובמהירות של 19 ק"מ לשנייה מפני השטח המורכבים של הירח גנימד הכוללים מכתשים עם קרניים. היעף יניב תובנות לגבי הרכב הירח, היונוספירה, המגנטוספירה וקליפת הקרח. לרוב המכתשים של גנימד יש קרניים בהירות היוצאות ממרכזי הפגיעה, אך לכ־1 אחוז מהמכתשים יש קרניים כהות. תמונה שצולמה על ידי מכשיר ה־JunoCam במהלך היעף הקרוב מציגה את אחד המכתשים עם הקרניים הכהות. רוחב המכתש, ששמו Kittu, הוא כ־15 ק"מ, והוא מוקף בחומר כהה יותר שנפלט במהלך הפגיעה שיצרה את המכתש. ג'ונו עתידה לחלוף על פני הירח אירופה בספטמבר 2022 בנוסף לשני יעפים בקרבת הירח איו בשנים 2023 ו־2024.

ב־29 בספטמבר 2022 הגשושית חלפה בסמוך לקו המשווה של הירח אירופה, במרחק 352 ק"מ מפני השטח. הגשושית צילמה את הירח ברזולוציה של 1 ק"מ לפיקסל והשיגה נתונים יקרי ערך על מבנה קליפת הקרח של אירופה, פנים, הרכב פני השטח והיונוספירה, בנוסף לאינטראקציה של הירח עם המגנטוספרה של צדק.

מבנה הגשושית

ג'ונו מורכבת מבסיס בצורת משושה בקוטר של 3.5 מטר, וביחד עם האנטנה המרכזית גובהו מגיע גם כן ל־3.5 מטר. לשלוש מדפנותיה מחוברים לוחות סולאריים אשר מספקים את כל תצרוכת החשמל שלה, ואיתם אורכה מגיע ל־20 מטר. משקלה בעת השיגור היה 3,625 ק"ג, כש־1,593 ק"ג מהם הם הגשושית עצמה, 1,280 ק"ג הם דלק ו־752 ק"ג הם מחמצן לדלק.

מרבית רכיביה האלקטרונים מוגנים בתוך "כספת", קופסת טיטניום שנועדה להגן עליהם מפני הקרינה הקשה שבמגנטוספירה של צדק. לגשושית מערכת הנעה רקטית לצורך תמרוני מסלול וכיוון בחלל, והיא מסתובבת סביב עצמה במשך כל המשימה כדי לשפר את יציבותה במסלול, עם קצב שנע בין 1 ל־5 סיבובים לדקה.

לוחות סולאריים

ג'ונו היא הגשושית הראשונה לצדק ולכוכבי הלכת שמחוץ למערכת השמש הפנימית שתפעל על בסיס אנרגיה סולארית. במהלך מסלולה לעבר צדק, בינואר 2016, "שברה את השיא" שקבעה הגשושית האירופאית רוזטה באוקטובר 2012, כאשר הפכה לגשושית הרחוקה ביותר מהשמש שמתבססת על אנרגיה סולארית.

השימוש באנרגיה סולארית במשימה לחקר צדק מציב עבורה אתגר קשה עקב העובדה שהמרחק בין צדק לשמש גדול פי חמישה ממרחקו של כדור הארץ מהשמש (עם מרחק ממוצע של 5.2 יחידות אסטרונומיות) ולכן מקבל הרבה פחות אור שמש ממנו. בשל כך, לוח סולארי באזור צדק יפיק פי 25 פחות אנרגיה מאשר בקרבת כדור הארץ. במשך זמן רב מתכנני משימות סברו כי לא ניתן להשתמש באנרגיה סולארית במרחק גדול כל כך מהשמש, ואכן - עד אז כל הגשושיות שחקרו את מערכת השמש החיצונית, החל מפיוניר 10 ועד ניו הורייזונס פעלו באמצעות גנרטור רדיואיזוטופי תרמואלקטרי (RTG), שמפיק חשמל מחום שנפלט מחומר רדיואקטיבי. אולם פיתוחים בטכנולוגיה סולארית שאפשרו את הגדלת התפוקה של תאים סולאריים ב־50%, עלות נמוכה יותר וכן היעדר זמינות של פלוטוניום 238 (החומר הרדיואקטיבי שמפעיל את ה־RTG) בזמן הצעת המשימה, הטו את הכף לבחירה באנרגיה סולארית.

שלושת הלוחות הסולאריים של ג'ונו הורכבו באופן סימטרי על גופה המשושה. אורכו של כל לוח סולארי הוא 8.9 מטר ורוחבו 2.7 מטר, מה שהופך את ג'ונו להיות הגשושית הגדולה ביותר ששלחה נאס"א לחלל החיצון. כל לוח מורכב מארבעה מקטעים נפרדים אשר קופלו במהלך השיגור ונפרסו בחלל. באחד הלוחות הסולאריים הותקן מגנטומטר במקום המקטע הרביעי, עקב הצורך להרחיקו מגוף הגשושית כדי שהשדה המגנטי שלה לא יפריע לו לבחון את השדה המגנטי של צדק. בסך הכל הלוחות הסולאריים מורכבים מ־18,698 תאים פוטו־וולטאיים עם שטח כולל של 60 מטר רבוע. בסביבת כדור הארץ יכולים הלוחות הסולאריים של ג'ונו להפיק בין 12–14 קילו־וואט, בעוד בצדק הם יוכלו לספק כ־460–490 וואט בלבד, כאשר עם הזמן הקרינה בסביבת צדק תשחוק את הלוחות ותוריד את התפוקה לכ־420 וואט. למרות המתח החלש שיסופק, מכשיריה האלקטרונים תוכננו להיות חסכוניים ביותר בצריכת החשמל שלהם.

מערכת הנעה
מערכת ההנעה המרכזית של ג'ונו כוללת מנוע רקטי בודד מדגם Leros-1b, השורף דלק נוזלי מסוג הידרזין ומחמצן מסוג N2O4 . את תמרוני הגשושית השונים במהלך המסלול מבצע המנוע אשר מספק דחף של 645 ניוטון. כאשר המנוע לא פועל, במהלך רוב המשימה, הוא מכוסה על מנת למנוע נזק שעלול להיגרם ממטאורואידים זעירים או פסולת חלל. ג'ונו מצוידת גם בתריסר מנועים קטנים שמשתמשים בדלק ההידרזין בלבד, ומשמשים אותה להכוונה בחלל ולביצוע תמרונים לתיקון מסלול. הדלק מאוחסן במספר מיכלים כדוריים שמכוסים בבד מבודד ומערכת חימום שמופעלת שבועות לפני תחילת הבעירה, כדי להעלות את טמפרטורת הדלק לרמה הנדרשת לצורך בעירה.

מחשוב
הגשושית מצוידת במערכת מחשוב בשם RAD750  שמספקת 256 מגהבייט של זיכרון הבזק ו־128 מגה־בייט של זיכרון DRAM נדיף, עם קצב נתונים של 100 מגה־בייט לשנייה. מערכת המחשוב תוכננה להיות עמידה בפני הקרינה החזקה שבסביבת צדק. אחת הפונקציות החשובות של מערכת המחשוב, מעבר לניהול המידע בגשושית, היא לזהות בעיה או חריגות כלשהן ולהכניס את הגשושית ל"מצב בטוח", בו היא תכוון את הלוחות הסולאריים לכיוון השמש על מנת להבטיח אספקת אנרגיה ולחכות להנחיות מצוות המשימה בכדור הארץ.

תקשורת
לג'ונו יש חמש אנטנות שמאפשרות לה לתקשר עם צוות המשימה בכדור הארץ. הגשושית משתמשת בטווח התדרים X ו־Ka של גלי רדיו ונעזרת ברשת החלל העמוק של נאס"א. תקשורת במרחקים שבהם נמצאת ג'ונו הופכת לבעייתית עקב הזמן הרב שלוקח לאותות הרדיו להגיע מצדק עד לכדור הארץ, כ־45 דקות לכל כיוון. לכן הגשושית מתוכננת כך שתדע לפעול באופן עצמאי במקרה הצורך ובמקרה של תקלה לעבור ל"מצב בטוח" ולחכות לפקודות מכדור הארץ.

האנטנה המרכזית של הגשושית היא אנטנה פרבולית בקוטר של 2.5 מטר. זוהי אנטנה בשבח גבוה (HGA), ועליה להיות מכוונת בדיוק רב אל כדור הארץ. האנטנה משמשת גם כמכשיר מדעי לניסוי הכבידה (ראו "GS" בפסקת מכשור מדעי), בו יבחנו את השפעות שדה הכבידה של צדק על הגשושית באמצעות ניתוח אפקט דופלר באותות הרדיו שהיא משדרת לכדור הארץ, במטרה ללמוד את הרכבו הפנימי.

לגשושית ארבע אנטנות נוספות - אנטנה בשבח בינוני (MGA) עם טווח גדול יותר, מה שמאפשר כיוון מדויק פחות לכדור הארץ, אך עוצמת השידור שלה חלשה יותר; שתי אנטנות בשבח נמוך (FLGA ו־ALGA), אחת קדמית ושנייה אחורית, שמאפשרות טווח רחב עוד יותר אך בעלות עוצמת שידור נמוכה מאוד ולכן עשויות לשמש בעיקר בעת כניסה ל"מצב בטוח"; אנטנה טבעתית בשבח נמוך (TLGA) שמשדרת מצדי הגשושית וכך מגשרת על הפער שבין האנטנה הקדמית והאנטנה האחורית, ומשמשת בעת תמרונים שונים בהם יש צורך לסובב את שאר האנטנות הרחק מכיוון כדור הארץ.

"כספת" להגנה מפני חגורות הקרינה
לעומת הגשושית גלילאו לפניה, ג'ונו מיועדת לשרוד פחות זמן סביב צדק. הסיבה לכך היא שמסלולה של ג'ונו מביא אותה קרוב יותר לצדק מאשר מסלולה של גלילאו ועל כן היא תינזק ותישחק מהר יותר עקב חגורות הקרינה העזות שמפיק השדה המגנטי של צדק. בנוסף למסלולה האליפטי של ג'ונו שמאפשר לה להתחמק מרוב הקרינה בחגורות הללו, רכיביה הרגישים של הגשושית מוגנים גם באמצעות קופסה, או "כספת" כפי שהיא מכונה בפי מתכנניה. כספת זו עשויה מטיטניום בעובי סנטימטר אחד ונועדה לספוג את הקרינה החזקה וכך להגן, גם אם לא בצורה מוחלטת, על הרכיבים האלקטרוניים שנמצאים בתוכה.

סיבוב עצמי
ג'ונו מתוכננת כך שתסתובב סביב עצמה במשך כל המשימה, כאשר קצב הסיבובים לדקה (סל"ד) משתנה בהתאם לצורכי משימתה. הסיבוב הראשוני נעשה לאחר השיגור על ידי השלב העליון של המשגר שסיחרר אותה לפני היפרדותו ממנה לקצב של 1.4 סל"ד. במהלך השיוט בחלל הקצב הוא 1 סל"ד, בזמן השלב המדעי הקצב יהיה 2 סל"ד ובזמן תמרונים רקטיים הקצב יואץ לכדי 5 סל"ד. חלליות רבות אחרות מבצעות סיבוב עצמי כזה, כגון פיוניר 10 ו־11, והסיבה לכך היא שסיבוב עצמי מעניק לחללית התמד גירוסקופי ומאפשר לייצב אותה בכיוון מסוים במרחב. היציבות חשובה במיוחד בזמן האצה רקטית ולכן בשלבים אלו מוגבר קצב הסיבוב העצמי. יתרון נוסף שהסיבוב העצמי מעניק הוא הימנעות משימוש בגלגלי תגובה (ראו ערך גלגל תנופה) כדי לכוון את החללית במרחב, ובכך מאפשר חיסכון במשקל.

מכשור מדעי
הגשושית נושאת תשעה מכשירים מדעיים שנועדו לחקור את צדק באמצעים שונים: מצלמת אור נראה צבעונית שמשמשת בעיקר לצרכים חינוכיים והסברתיים; ספקטרומטרים בטווחי אור שונים לניתוח ההרכב הפנימי והכימי של האטמוספירה ותופעת זוהר הקוטב; ומגנטומטר למיפוי השדה המגנטי של צדק. חלק מהמכשירים בנויים כך שהרכיבים האלקטרוניים שלהם מוגנים בתוך ה"כספת" בגוף הגשושית, בעוד החיישנים שלהם מוצבים על דפנות הגשושית, כדי לאפשר להם לבצע את המדידות השונות.

להלן תרשים המתאר את מיקומם בגוף הגשושית וטבלה המתארת את תפקידם:

דיסקית גלילאו ודמויות לגו

בנוסף לפעילות ההסברתית והחינוכית שנאס"א מתכוונת לקדם באמצעות מצלמת ג'ונו־קאם, נאס"א שיתפה פעולה עם ארגונים נוספים על מנת להוסיף מרכיבים סמליים והסברתיים למשימה.

לגשושית מצורפת, באזור מערכת ההנעה הרקטית שלה, דיסקית שמוקדשת לגלילאו גליליי ונתרמה על ידי סוכנות החלל האיטלקית. גליליי היה האסטרונום שגילה את ארבעת ירחיו הגדולים של צדק, שקרויים על שמו - הירחים הגליליאניים, ובגילוי זה הראה שלא כל הגופים במערכת השמש סובבים סביב כדור הארץ. הוא חיזק בכך את המהפכה הקופרניקאית ואת התפיסה שכדור הארץ אינו מרכז היקום. הדיסקית כוללת דיוקן של גליליי וטקסט בכתב ידו שנכתב בשנת 1610 כאשר צפה בירחיו של צדק. הטקסט מאורכב בספרייה הלאומית המרכזית של רומא:

שיתוף פעולה נוסף היה עם חברת לגו, שתרמה שלוש דמויות לגו שצורפו לגשושית. שלוש הדמויות הן יופיטר (או זאוס במיתולוגיה היוונית) ואשתו ואחותו יונו שלפי הסיפור המיתולוגי הסירה את מעטה העננים שיופיטר הציב כדי להסתיר את מעשיו עם איו (ראו פסקת שם הגשושית). הדמות השלישית, המחזיקה טלסקופ, היא של גלילאו גליליי.

גלריה מצילומי הגשושית

צדק

ירחים

ראו גם
 גלילאו (גשושית)
 פיוניר 10
 פיוניר 11
 וויאג'ר 1
 וויאג'ר 2
 קאסיני

לקריאה נוספת
 Scot J. Bolton, The Juno Mission, Proceedings of the International Astronomical Union 269 (2010), pp. 92 - 100
 Steve Mastousek, The Juno New Frontiers Mission, Acta Astronautica 61 (2007), pp. 932 - 939
 Paolo Ulivi & David M. Harland, Robotic Exploration of the Solar System: Part 4: The Modern Era 2004 – 2013, "Back to The King", 2015, pp. 198 - 207
 Ravit Helled & Jonathan Lunine, Measuring Jupiter's water abundance by Juno: the link between interior and formation models, 2014, arXiv

קישורים חיצוניים

 

 
 אתר המשימה
 ג'ונו, במאגר NSSDC של נאס"א
 מפה אינטראקטיבית של הגשושית ורכיביה, אתר המשימה
 תמונות ממשימת ג'ונו, אתר המעבדה להנעה סילונית
  צדק: מבנה פנימי, היווצרות, ומשימת החלל ג'ונו, הרצאה מאת ד"ר רוית חלד, אוניברסיטת תל אביב, באתר יוטיוב 
  Why With Nye, סדרת סרטוני הסבר קצרים על משימת ג'ונו בהנחיית ביל ניי, באתר יוטיוב
  הרצאה על משימת ג'ונו, במסגרת סדרת הרצאות של המעבדה להנעה סילונית, 2015, באתר יוטיוב

ביאורים

הערות שוליים

גשושיות אמריקאיות
משימות לחקר מערכת השמש
תוכנית הגבולות החדשים