 木星を周回するジュースの想像図 | |||||||||||||||||||||||
| 名前 | ジュース | ||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ミッションタイプ | 木星探査機 | ||||||||||||||||||||||
| オペレーター | 欧州宇宙機関 | ||||||||||||||||||||||
| コスパーID | 2023-053A | ||||||||||||||||||||||
| SATCAT番号 | 56176 | ||||||||||||||||||||||
| Webサイト | 公式サイト | ||||||||||||||||||||||
| ミッション期間 |
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| 宇宙船の特性 | |||||||||||||||||||||||
| メーカー | エアバス・ディフェンス・アンド・スペース | ||||||||||||||||||||||
| 打ち上げ質量 | 6,070 kg (13,380 ポンド) [ 1 ] | ||||||||||||||||||||||
| 乾燥質量 | 2,420 kg (5,340 ポンド) [ 1 ] | ||||||||||||||||||||||
| 寸法 | 16.8 × 27.1 × 13.7メートル[ 1 ] | ||||||||||||||||||||||
| 力 | 850ワット[ 1 ] | ||||||||||||||||||||||
| ミッション開始 | |||||||||||||||||||||||
| 発売日 | 2023 年 4 月 14 日 12:14:36 UTC [ 2 ] | ||||||||||||||||||||||
| ロケット | アリアン5 ECA+（VA-260） | ||||||||||||||||||||||
| 発射場 | クールー ELA-3 | ||||||||||||||||||||||
| 請負業者 | アリアンスペース | ||||||||||||||||||||||
| 月のフライバイ | |||||||||||||||||||||||
| 最接近 | 2024年8月19日 21:16 UTC | ||||||||||||||||||||||
| 距離 | 700 km (430 マイル) | ||||||||||||||||||||||
| 地球のフライバイ | |||||||||||||||||||||||
| 最接近 | 2024年8月20日 21:57 UTC | ||||||||||||||||||||||
| 距離 | 6,807 km (4,230 マイル) | ||||||||||||||||||||||
| 金星のフライバイ | |||||||||||||||||||||||
| 最接近 | 2025年8月31日 05:28 UTC | ||||||||||||||||||||||
| 地球のフライバイ | |||||||||||||||||||||||
| 最接近 | 2026年9月29日 | ||||||||||||||||||||||
| 地球のフライバイ | |||||||||||||||||||||||
| 最接近 | 2029年1月18日 | ||||||||||||||||||||||
| 木星探査機 | |||||||||||||||||||||||
| 軌道挿入 | 2031年7月（予定） | ||||||||||||||||||||||
| 軌道離脱 | 2034年12月（予定） | ||||||||||||||||||||||
| ガニメデ探査機 | |||||||||||||||||||||||
| 軌道挿入 | 2034年12月（予定） | ||||||||||||||||||||||
| 軌道パラメータ | |||||||||||||||||||||||
| 近点高度 | 500 km（310マイル） | ||||||||||||||||||||||
| 遠点高度 | 500 km（310マイル） | ||||||||||||||||||||||
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 ジュースミッションの記章 | |||||||||||||||||||||||
木星氷衛星探査機（ジュース、旧称JUICE [ 3 ]）は、欧州宇宙機関（ESA）が開発した惑星間宇宙船で、木星の3つの氷衛星、ガニメデ、カリスト、エウロパを周回探査する計画です。これらの惑星質量の衛星は、凍結した表面の下に大量の液体の水が存在すると考えられており、地球外生命が居住できる可能性があるため、調査対象とされています。[ 4 ] [ 5 ]
ジュースは、米国が打ち上げていない太陽系外惑星への初の惑星間宇宙船であり、地球の月以外の衛星を周回する予定の初の宇宙船である。2023年4月14日にESAによってフランス領ギアナのギアナ宇宙センターから打ち上げられ、エアバス・ディフェンス・アンド・スペースが主契約者となり、[ 6 ] [ 7 ] 4回の重力アシストと8年間の旅を経て、2031年7月に木星に到達すると予想されている。 [ 8 ] [ 9 ] 2034年12月、宇宙船は近接科学ミッションのためにガニメデの周回軌道に入る。[ 8 ]その運用期間は、2024年10月に打ち上げられたNASAのエウロパ・クリッパー・ミッションと重なる。 [ 10 ]
背景
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このミッションは、 ESAが中止したエウロパ木星系ミッション・ラプラス（EJSM-Laplace）の構成要素となる予定だった木星ガニメデ探査機の提案を改訂したものとして開始された。 [ 11 ] ESAコズミック・ビジョン・プログラムの最初のLクラスミッション（L1）の候補となり、2012年5月2日に選定が発表された。[ 12 ]
2012年4月、ジュース計画は、提案されていたX線望遠鏡ATHENAと重力波観測所LISA（旧称NGO）よりも推奨されました。[ 13 ] [ 14 ]両方の失敗したミッション提案は後に選ばれ、2025年現在開発中です。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
2015年7月、エアバス・ディフェンス・アンド・スペース社が探査機の設計・製造の主契約者に選ばれ、フランスのトゥールーズで組み立てられることになった。[ 18 ] 2024年、エアバス・ディフェンス・アンド・スペース社はジュース計画の功績によりESAから優秀賞を受賞した。[ 19 ] 2023年までに、このミッションはESAに15億ユーロ（16億ドル）の費用がかかると見積もられた。 [ 20 ]
宇宙船
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宇宙船の設計上の主な要因は、太陽からの距離が長いこと、太陽エネルギーの利用、そして木星の過酷な放射線環境に関連しています。木星とガニメデへの軌道投入と多数のフライバイ操作（25回以上の重力アシストと2回のエウロパフライバイ）のため、宇宙船は約3,000 kg（6,600ポンド）の化学推進剤を搭載する必要があります。[ 21 ]宇宙船のデルタV能力は約2,700 m/s（6,000 mph）です。[ 22 ]
Juiceは、直径2.5メートルの固定式高利得アンテナと可動式中利得アンテナを搭載し、XバンドとKバンドの両方の周波数帯で通信を行います。地上設置型深宇宙アンテナとの併用により、2Gbps/日のダウンリンク速度を実現しています。搭載データストレージ容量は1.25TBです。[ 1 ]
ジュース・メインエンジンは、ハイパーゴリック二元推進剤（モノメチルヒドラジンと混合窒素酸化物）を使用した425 Nのスラスターです。100 kgの多層断熱材が熱制御を提供します。宇宙船は、モーメンタムホイールを用いて3軸安定化されています。搭載電子機器を木星環境から保護するために、放射線遮蔽が使用されています[ 1 ] （機器レベルでの要求放射線耐性は50キロラドです[ 22 ]）。
Juice科学ペイロードの質量は 280 キログラム (620 ポンド) で、 JANUSカメラ システム、MAJIS 可視および赤外線イメージング分光計、UVS 紫外線イメージング分光器、RIME レーダー サウンダ、GALA レーザー高度計、SWI サブミリ波計、J-MAG 磁力計、PEP 粒子およびプラズマ パッケージ、RPWI 電波およびプラズマ波探査、3GM 電波科学パッケージ、PRIDE 電波科学計器、および RADEM 放射線モニタが含まれています。
10.6メートル（35フィート）の展開式ブームにはJ-MAGとRPWIが搭載され、16メートル（52フィート）の展開式アンテナはRIMEに使用されます。4本の3メートル（9.8フィート）のブームにはRPWI機器の一部が搭載されます。その他の機器は宇宙船本体に搭載されるか、3GMの場合は宇宙船バス内に搭載されます。[ 1 ]
ミッションタイムライン
[編集]打ち上げ
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ジュースは2023年4月14日、ギアナ宇宙センターからアリアン 5ロケットで打ち上げられました。これはESAによるアリアン5ロケットを用いた科学ミッションの最後の打ち上げであり[ 6 ]、同ロケット全体としては最後から2番目の打ち上げとなりました[ 23 ] 。
打ち上げは当初2023年4月13日に予定されていたが、悪天候のため延期された。[ 24 ]翌日、2回目の打ち上げが成功し、12時14分36秒（UTC）に打ち上げられた。宇宙船はロケットから分離後、13時4分（UTC）に地上との無線通信に成功した。ジュース号の太陽電池パネルは約30分後に展開され、ESAは打ち上げを成功と判定した。[ 6 ]
宇宙船の打ち上げ後の試運転中に、RIMEアンテナが取り付けブラケットから適切に展開されませんでした。[ 25 ]数週間にわたって機器を解放する試みが行われた後、同年5月12日に正常に展開されました。[ 26 ]
地球-月系フライバイ
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2024年8月、ジュースは月と地球を周回した際に初の重力アシストを実施し、両方の天体を使用してこのような操作を実行した初の宇宙船となった。月への最接近は8月19日21:15 UTCに起こった。これにより、宇宙船の太陽に対する速度が0.9 km/s増加し、地球に近づいた。地球への最接近は8月20日21:56 UTCに起こった。これにより、宇宙船の太陽に対する速度が4.8 km/s減少し、 2025年8月に予定されている次の重力アシストのために金星に向かった。この二重の重力アシストにより、宇宙船は最大150 kgの燃料を節約し、フライバイ前の経路と比較して100°の角度で方向転換した。[ 27 ]
この操作中、ジュース探査機は多くの科学機器をテストした。月へのフライバイ中は10台すべての機器が稼働し、地球へのフライバイ中は8台が稼働した。JANUSカメラは月と地球の高解像度画像を撮影した。[ 27 ] MAJISおよびSWI機器は、地球上の居住可能性を示す予想される化学的特徴を検出し、MAJISは地球の詳細な温度マップも提供した。[ 28 ] [ 29 ]粒子環境パッケージ（PEP）の2つのセンサーは、地球を取り囲む荷電粒子雲の写真と現場測定を行った。 [ 30 ] RIMEレーダーサウンダーは、1968年のアポロ8号ミッション中に撮影された有名な地球の出の写真にも写っている月面の斑点のレーダーグラム画像を撮影した。[ 31 ]
金星フライバイ
[編集]2025年7月16日、金星フライバイの予定時刻を前に、ジュース号は通信異常に見舞われ、地球との通信が一時的に途絶えました。約20時間に及ぶ復旧作業の後、ESOCとエアバスは問題を解決し、宇宙船の内部タイマーの予定された再起動に関連する根本原因を特定しました。フライバイの計画は変更されず[ 32 ]、ジュースは2025年8月31日に金星への飛行に成功し、05:28 UTCに金星表面から5,088 kmに最接近し、重力アシスト操作を実行して速度を5.1 km/s増加させ、2026年9月に計画されている2回目の地球フライバイに向かった。熱的制約（金星付近の太陽放射量3,000 W/m 2に対し木星付近の太陽放射量は50 W/m 2）のため、金星フライバイでは画像撮影や科学的観測は計画されておらず、宇宙船は高利得アンテナを熱シールドとして使用し、太陽に向けました[ 33 ] [ 34 ] 。
3I/ATLAS観測
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2025年7月に太陽系で3番目の既知の星間天体として発見された星間彗星3I/ATLASは、2025年10月に太陽に最接近した。しかし、この軌道は太陽の反対側で発生したため、彗星活動が活発になると予想されていたが、地球上の望遠鏡からは観測できなかった。2025年9月、ESAは、すべての惑星間宇宙船の中で、ジュースが太陽接近中にこの天体を観測するのに最適な条件を備えていると予想した。[ 35 ] [ 36 ]
ESAはジュースに対し、 2025年11月に0.428 AUの距離から3I/ATLASの観測を試みるよう指示した。 [ 37 ]カメラ、分光計、粒子センサーを使用する。ESAはまた、NASAのエウロパクリッパーと紫外線分光器の観測を調整することも検討していた。ジュースが太陽系内を移動する間の厳しい熱条件のため、これらの観測データは2026年2月より前に地球に届かないと予想された。 [ 36 ] [ 38 ] [ 35 ]観測の指示は2025年10月24日にESOCで準備された。 [ 39 ]観測は2025年11月2日から25日の間に実施された。熱的制約により、12日間連続で動作するように指示された粒子環境パッケージ（PEP）を除き、観測は1日30分以内と制限された。[ 40 ]
2025年12月初旬、ESAはジュース彗星の航法カメラ（NavCam）によって2025年11月2日に撮影された3I/ATLAS彗星の予備画像を公開した。この画像には、彗星のコマに加え、プラズマとダストの尾も写っていた。[ 41 ] [ 42 ]
軌道
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打ち上げ後、ジュースを木星への軌道に乗せるには複数の重力アシストが必要である。 [ 8 ] [ 6 ]
- 地球-月系フライバイ、2024年8月に完了[ 43 ]
- 金星フライバイ、2025年8月に完了[ 33 ] [ 34 ]
- 2026年9月に地球を2度目にフライバイ
- 2029年1月に地球への3回目で最後のフライバイ
ジュースは小惑星帯を2回通過する。小惑星(223)ローザへのフライバイは2029年10月に計画されていたが、木星探査ミッションの燃料を節約するため断念された。[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]
木星系内の重力補助には以下のものがある: [ 47 ]
木星ミッションの段階
[編集]木星基準探査の主な特徴は以下にまとめられている（出典：ESA/SRE(2014)1 [ 22 ]の表5-2 ）。このシナリオでは2022年6月上旬の打ち上げを想定しているが、エウロパ、ガニメデ、カリストの軌道構成は比較的短く、周期的なため、デルタV要件は代表的なものとなっている。
| イベント | 間隔 | デルタVノート[ 22 ] |
|---|---|---|
| 木星軌道投入：
2031年7月に木星系に到着すると、[ 8 ] ジュースはまずガニメデへの重力アシストフライバイを400km（250マイル）実施し、探査機の速度を約300m/s（670mph）減速します。その後、約7.5時間後に木星軌道投入エンジンを約900m/s（2,000mph）噴射します。最後に、遠点での近点上昇操作（PRM）噴射により、ジュースの当初の木星半径13×243倍の細長い軌道の近点をガニメデ（15 Rj）の近点に一致 させます。 |
186日 | 952 m/s (2,130 mph)。 |
| 2 回目のガニメデフライバイからカリストとの最初の遭遇まで:ジュースの軌道周期と軌道傾斜角を減らすための 2 回目、3 回目、4 回目のガニメデフライバイ、続いてカリストの 1 回目のフライバイ。 | 193日 | 27 m/s (60 mph)。 |
| エウロパ段階：2032年7月[ 8 ]から、エウロパへの400 km（250マイル）未満のフライバイが2回行われ、その後カリストへのフライバイが行われます。エウロパへの短時間の接近（探査機は生涯の放射線被曝量の3分の1を被曝すると予想されています[ 48 ]）は、放射線被曝量が可能な限り低くなるように計画されています。まず、エウロパの近木点（つまり、探査機の近木点がエウロパの軌道半径に等しい）で接近し、次に、エウロパへのフライバイごとに低近木点を1回のみ通過することで、放射線被曝量を可能な限り低く抑えます。 | 35日間 | 30 m/s (67 mph)。 |
| 傾斜期：カリストとガニメデへのフライバイを約6回実施し、軌道傾斜角を一時的に22度まで増加させる。これにより、4ヶ月間にわたり、最大傾斜角における木星の極域と磁気圏[ 8 ]の調査が可能となる。 | 208日 | 13 m/s (29 mph)。 |
| ガニメデへの移動：カリストとガニメデの重力アシストを複数回実施し、ジュースの速度を徐々に1,600 m/s（3,600 mph）減速します。最後に、ガニメデの裏側（木星-ガニメデ-L2ラグランジュ点付近）への約45,000 km（28,000 mi）のフライバイを複数回実施することで、軌道投入に必要なデルタVをさらに500 m/s（1,100 mph）減速します。 | 353日 | 60 m/s (130 mph)。 |
| ガニメデ軌道段階: 2034年12月、[ 8 ] ジュースは185 m/s (410 mph) のデルタVブレーキングバーンを実行した後、ガニメデを周回する最初の12時間の極軌道に入ります。木星の重力摂動により、約100日後には最低軌道高度が徐々に500 km (310 mi) まで下がります。その後、宇宙船は2回の主要なエンジン噴射を実行してほぼ円形の500 km (310 mi) の極軌道に入り、さらに6か月間観測を行います (ガニメデの構成や磁気圏など)。[ 8 ]軌道段階には、高度200 kmでの最終段階が含まれます。[ 49 ] 2035年末、木星の摂動により、宇宙船の推進剤が尽きると、ジュースは数週間以内にガニメデに衝突します。 [ 8 ] | 284日 | 614 m/s (1,370 mph)。 |
| フルツアー（木星軌道投入からミッション終了まで） | 1259日 | 1,696 m/s (3,790 mph)。 |
科学目標
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ジュース探査機はガニメデの詳細な調査を行い、生命存在の可能性を評価する。エウロパとカリストの調査は、これらのガリレオ衛星の比較図を完成させるだろう。[ 50 ]これら3つの衛星は内部に液体の水の海を持つと考えられており、氷惑星の居住可能性を理解する上で中心的な役割を果たしている。
ガニメデとカリスト
[編集]ガニメデの主な科学目標、そしてそれほど重要ではないがカリストの主な科学目標は以下のとおりである。[ 50 ]
- 海洋層の特性評価と推定される地下水貯留層の検出
- 地表の地形、地質、組成のマッピング
- 氷殻の物理的特性の研究
- 内部の質量分布、ダイナミクス、進化の特性評価
- ガニメデの希薄な大気の調査
- ガニメデの固有磁場と木星磁気圏との相互作用の研究。
エウロパ
[編集]エウロパにおいては、有機分子を含む生命に不可欠な化学、そして表面構造の形成と水氷以外の物質の組成の解明に焦点が当てられています。化学調査では、地下で発生し、テクトニクスや氷火山活動によって地表に運ばれた化学物質と、木星系内の他の場所で発生し、地上から到達した化学物質についても焦点が当てられます。[ 51 ]
さらに、ジュースは月の地下探査を初めて実施し、最も最近火山活動が活発だった地域の氷殻の最小厚さを初めて特定します。ジュースは氷の中に液体の水の塊が存在するかどうかを判定し、氷殻と地下の海との境界面を探査できる可能性があります。[ 51 ]
その他の衛星と木星の環
[編集]より遠方の空間分解能の高い観測は、いくつかの小さな不規則衛星と火山活動が活発な衛星イオに対しても実施されます。ジュースはイオの火山活動を監視し、その表面物質の組成を研究します。また、木星の塵の環を観測し、メティス、アドラステア、アマルテア、テーベといった小さな内側の衛星との相互作用を研究します。[ 52 ]
木星の大気と磁気圏
[編集]ジュース探査機は、木星の大気を繰り返しマッピングし、搭載機器を用いて、これまで十分に解明されていなかった中層・上層大気を探査します。特に、様々な層を結ぶプロセスに焦点を当て、木星の中層大気における風を初めて測定します。これにより、大気圏の様々な領域間のエネルギー輸送に関する知識が深まり、大赤斑やその他の気象システムの長寿の背後にあるプロセスが明らかになるでしょう。また、ジュース探査機は木星の磁気圏を詳細に探査し、ガリレオ衛星との相互作用、特にイオから氷衛星へのプラズマ輸送プロセスに焦点を当てます。[ 52 ]
科学機器
[編集]
2013年2月21日、競争の結果、ESAは10個の科学機器（および宇宙船の通信システムを使用した1つの実験）を選定しました。これらの機器は、米国も参加し、ヨーロッパ各地の科学技術チームによって開発されました。[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]日本はまた、SWI、RPWI、GALA、PEP、JANUS、J-MAGの各機器にいくつかのコンポーネントを提供し、試験を促進する予定です。[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]
Jovis、Amorum ac Natorum Undique Scrutator (JANUS)
[編集]その名前はラテン語で「木星とその恋愛と子孫の包括的な観測」を意味します。[ 60 ]これは、ガニメデとカリスト表面の興味深い部分を400 m/ピクセル以上（解像度はミッションデータ量によって制限されます）で撮影するカメラシステムです。選択されたターゲットは、1.3°の視野で25 m/ピクセルから2.4 m/ピクセルの空間解像度の高解像度で調査されます。カメラシステムは、0.36 μmから1.1 μmの範囲で13個のパンクロマティック、広帯域、狭帯域フィルターを備えており、ステレオ画像撮影機能を提供します。JANUSは、スペクトル、レーザー、レーダー測定を地形学に関連付けることも可能にし、全体的な地質学的コンテキストを提供します。
衛星および木星撮像分光計（MAJIS）
[編集]0.5μmから5.56μmまでの範囲で動作し、 3～7nmのスペクトル分解能を持つ可視・赤外線撮像分光器。木星の対流圏雲の特徴や微量ガス種を観測し、氷衛星の表面における氷や鉱物の組成を調査する。空間分解能は、ガニメデでは75m（246フィート）、木星では約100km（62マイル）となる。[ 61 ]
UVイメージング分光器（UVS）
[編集]55～210 nmの波長範囲で動作し、スペクトル分解能は0.6 nm未満である撮像分光器。エウロパのプルーム探査を含む氷衛星の外気圏とオーロラの特性を明らかにし、木星の上層大気とオーロラを研究します。ガニメデ観測では最大500 m（1,600フィート）、木星観測では最大250 km（160マイル）の分解能を実現します。
サブミリ波計測器（SWI）
[編集]直径30cm（12インチ）のアンテナを使用し、1080～1275GHzおよび530～601GHzで動作し、スペクトル分解能が約10 7の分光計で、木星の成層圏と対流圏、および氷衛星の外気圏と表面を調査する。
ガニメデレーザー高度計（GALA）
[編集]20 m (66 フィート) のスポット サイズと 200 km (120 マイル) での 10 cm (3.9 インチ) の垂直解像度を備えたレーザー高度計。氷衛星の地形とガニメデの潮汐変形を研究することを目的としてい ます。
氷衛星探査レーダー（RIME）
[編集]16 m (52 フィート) のアンテナから発信される 9 MHz (1 および 3 MHz の帯域幅) の周波数で動作する氷貫通レーダー。このレーダーは、氷の中で最大 30 m (98 フィート) の垂直解像度で、木星の衛星の地下 9 km (5.6 マイル) の深さまで地下構造を調査するために使用されます。
ジュース磁力計（J-MAG）
[編集]ジュースは、高感度磁力計を使用して、氷の衛星の地下海と木星の磁場とガニメデの磁場の相互作用を研究します。
パーティクル環境パッケージ（PEP）
[編集]木星の磁気圏と木星衛星との相互作用を研究するための6つのセンサーからなる観測装置。PEPは、 1meVから1MeVのエネルギー範囲で、木星系のあらゆる領域に存在する正イオン、負イオン、電子、外気圏中性ガス、熱プラズマ、高エネルギー中性原子を測定します。
電波・プラズマ波探査（RPWI）
[編集]RPWIは宇宙船周囲のプラズマ環境と電波放射の特性評価を行うもので、GANDALF、MIME、FRODO、JENRAGEの4つの実験装置で構成されています。RPWIは、それぞれ専用のブームの先端に取り付けられ、1.6MHzまで感度を持つ4つのラングミュアプローブを使用してプラズマの特性評価を行い、80kHzから45MHzの周波数範囲で受信機を使用して電波放射を測定します。[ 62 ]この科学機器は、ロゴの一部にソニック・ザ・ヘッジホッグを使用していることで知られています。 [ 63 ] [ 64 ]
木星とガリレオ衛星の重力と地球物理学（3GM）
[編集]3GMは、 Kaトランスポンダーと超安定発振器で構成される電波科学パッケージです。[ 65 ] 3GMは、ガニメデの重力場（最大10度）を調査し、氷の衛星の内部海の範囲を特定し、木星（0.1～800 m bar）とその衛星の中性大気と電離層の構造を調査するために使用されます。3GMは、イスラエル製の原子時計を搭載しており、「電波ビームの微小な変動を測定する」ことができます。[ 66 ] [ 67 ]
惑星電波干渉計およびドップラー観測実験（PRIDE）
[編集]この実験では、ジュースのアンテナから送信され、超長基線干渉計によって受信される特定の信号を生成し、木星とその氷の衛星の重力場の精密測定を実行します。
参照
[編集]
- 木星の探査
- 17776 、知性を持つジュースをフィーチャーしたスペキュレイティブフィクション作品
- 欧州宇宙機関のプログラムとミッションの一覧
参考文献
[編集]- ^ a b c d e f g 「JUpiter ICy moons Explorer」 NASA宇宙科学データコーディネートアーカイブ。 2024年11月13日閲覧。
この記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
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外部リンク
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