หนึ่งในภารกิจ Flagship ของหน่วยงานอวกาศยุโรปหรือ ESA ในปี 2023 ก็คือภารกิจ JUICE ที่ชื่อของมันย่อมาจาก Jupiter Icy Moons Explorer ที่บ่งบอกตรง ๆ ว่า JUICE นั้นเป็นยานอวกาศสำรวจดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวพฤหัสบดีนั่นเอง โดยดาวที่ว่าก็คือดาว 3 ใน 4 ของดวงจันทร์หลักที่เราเรียกว่า Galilean Moon (ถูกค้นพบโดยกาลิเลโอ ในปี 1610) ได้แก่ Ganymede, Callisto และที่สำคัญคือ Europa จะขาดก็แต่ดวงจันทร์ Io ที่ถูกจัดให้เป็นเป้าหมายรองเท่านั้น โดย JUICE นั้นจะสำรวจจากวงโคจรของ Ganymede เป็นหลัก (ทำให้มันจะเป็นยานอวกาศลำแรกที่โคจรรอบดวงจันทร์อื่นนอกจากโลก)
สาเหตุที่เราต้องพูดถึงยานอวกาศลำนี้ก็เพราะว่า หากเราดูประวัติศาสตร์การสำรวจดาวพฤหัสฯ ยานอวกาศลำแรกที่ได้บันทึกภาพชัดเจนของดวงจันทร์บริวารดาวพฤหัสบดีก็คือยาน Voyager 1 และ 2 ในปี 1979 เผยให้เห็นภาพของดวงจันทร์บริวารของมันอย่างใกล้ชิดที่สุด 369 ปี หลังจากที่ถูกค้นพบโดยกาลิเลโอ ซึ่งข้อมูลจากยาน Voyager นั้น นอกจากจะเป็นการถ่ายภาพดาวพฤหัสในระยะใกล้กว่า 30,000 รูปแล้ว ยังนำไปสู่การค้บพบภูเขาไฟที่ยัง Active ดวงแรกในระบบสุริยะ บนดวงจันทร์ Io อีกด้วย ซึ่งในหนังสือเรื่อง Cosmos ของ Carl Sagan นั้น Sagan ยกย่องให้การค้นพบเหล่านี้ช่วยเปลี่ยนมุมมองที่เรามีต่อดาวพฤหัสบดี ที่เป็นเพียงแค่จุดสีส้มบนท้องฟ้า ให้กลายเป็นดาวที่ถูกผ่านการสำรวจอย่างเต็มรูปแบบ
โดยหลังจากนั้น ก็ได้มียานต่าง ๆ เดินทางไปสำรวจ ยานอวกาศลำแรกที่ได้โคจรรอบดาวพฤหัสบดี ก็คือยาน Galileo ที่ถูกส่งขึ้นไปในปี 1989 และเดินทางถึงในปี 1995 เพื่อสำรวจดาวพฤหัสบดีทั้งระบบ รวมถึงการบินโฉบ Europa และ Io ในระยะแค่ 180 กิโลเมตร เหนือพื้นผิว ก่อนที่ในปี 2003 มันจะสิ้นสุดภารกิจและดำดิ่งลงสู่ดาวพฤหัสฯ เพื่อป้องกันไม่ให้ยานที่ลอยเคว้งคว้างหลังเชื้อเพลิงหมด ไปตกลงบนดวงจันทร์ดวงใดดวงหนึ่งของดาว แต่ข้อมูลของ Galileo ก็ยังนำไปสู่การค้นพบใหม่ ๆ มาจนถึงปัจจุบัน เช่น ในปี 2018 ได้มีการค้นพบ หลักฐานน้ำพุบนดวงจันทร์ยูโรปา จากข้อมูลเก่า 20 ปีที่แล้ว และนี่ก็จึงเป็นเหตุผลให้ Europa กลายเป็นดวงจันทร์ที่เนื้อหอมโดยทันที เนื่องจากอุณหภูมิที่หนาวเย็น กิจกรรมบนพื้นผิวที่น่าตื่นตาตื่นใจ และนำพุบนนั้น
ถ้าจะเปรียบเทียบแบบหลวม ๆ ก็คงจะเปรียบ Europa นั้นว่ามีความคล้ายคลึงกับดวงจันทร์ Enceladus ของดาวเสาร์นั่นเอง (ในขณะที่ Io จะเปรียบได้ประมาณดาวศุกร์ ที่มีภูเขาไฟ มีความหนาแน่นของแก๊สสูง)
ก่อนที่ในปี 2011 จะมีการส่งยานอวกาศ JUNO เดินทางไปยังดาวพฤหัสโดย NASA และเดินทางถึงดาวพฤหัสในปี 2016 อย่างไรก็ตาม JUNO นั้นถูกออกแบบมาให้สำรวจตัวดาวพฤหัสฯ เป็นหลัก ซึ่ง JUNO ก็ทำงานได้ดีมาก ๆ และ NASA ก็เลือกที่จะต่ออายุภารกิจของ JUNO มาจนถึง 2025 เพื่อใช้ตัวยานในการสำรวจดาวบริวารของดาวพฤหัสบดีบ้าง โดยเฉพาะ Ganymede และ Europa ซึ่งนับว่า JUNO จะเป็นยานที่สำรวจดวงจันทร์เหล่านี้ในระยะใกล้ ต่อจาก Galileo เพื่อปูทางสู่การสำรวจในอนาคตของ JUICE ด้วย (กว่า JUICE จะเดินทางไปถึงก็ต้องรอจนถึงปี 2031 เลยทีเดียว)
Jupiter Icy Moons Explorer ภารกิจสำรวจดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวพฤหัสฯ
ต้องบอกว่าภารกิจระดับ Flagship ในการสำรวจดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสฯ ในทศวรรษนี้นั้น มีทั้งหมด 2 ลำด้วยกัน ทั้งจากฝั่งของ NASA และ ESA โดยในฝั่ง NASA จะชื่อว่ายาน Europa Clipper (ตามชื่อเลยก็คือมุ่งเป้าไปที่ดวงจันทร์ Europa เป็นหลัก) ส่วนของ ESA ก็คือ JUICE ทั้ง Europa Clipper และ JUICE มีกำหนดปล่อยช่วงเดียวกันคือในปี 2023 แต่ Europa Clipper จะเดินทางไปถึงก่อน ในปี 2030
ยาน JUICE นั้นได้รับการผลิตโดย บริษัท Airbus Defence and Space ดูแลและควบคุมโดย ESA ตัวยานมีมวลประมาณ 2,400 กิโลกรัม ไม่รวมเชื้อเพลิง แต่หากรวมเชื้อเพลิงจะมีมวล 6,000 กิโลกรัม ซึ่งแน่นอนว่าก็ต้องถูกส่งด้วยจรวดบรรทุกหนัก อย่าง Ariane 5 ที่มีผลงานในการส่งยานอวกาศหนักหลายลำ รวมถึง James Webb Space Telescope
อุปกรณ์ที่ยาน JUICE บรรทุกไปก็เรียกได้ว่าเยอะมาก ๆ คุ้มค่าคุ้มราคาสมกับเป็นยานอวกาศที่จะเดินทางไปสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสแห่งสองทศวรรษทีเดียว อุปกรณ์ทั้งหมดก็ได้แก่ อุปกรณ์แบบพวก Spectrograph, Spectrometer
- Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator (JANUS) ร่วมโดย ISA (องค์การอวกาศอิตาลี) และ JAXA เป็นกล้องความละเอียดสูงที่หวังถ่ายภาพ Calisto และ Ganymede ในความคมชัดสูงสุดที่ 2.4 เมตรต่อพิกเซล นับว่าละเอียดที่สุดที่เคยมีมา ละเอียดประมาณภาพถ่ายดาวเทียมโลกสมัย 5-10 ปีที่แล้ว
- Moons and Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS) อุปรกรณ์ชิ้นนี้นำโดย CNES จากฝรั่งเศส เป็นตัว imaging spectrograph ย่าน visible light และ infrared
- UV Imaging Spectrograph (UVS) เป็น imaging spectrograph ย่าน Ultra-violet นำโดย Southwest Research Institute ได้ทุนจาก NASA
- Sub-millimeter Wave Instrument (SWI) เป็น Spectrometer นำโดย DLR
นอกจากนี้ก็จะยังมีอุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อศึกษาองค์รวมของระบบได้แก่
- Ganymede Laser Altimeter (GALA) เป็น laser altimeter สำหรับการทำแผนที่ภูมิประเทศ นำโดย DLR และ JAXA
- Radar for Icy Moons Exploration (RIME) เป็นเสายาว 16 เมตร (เด่นที่สุดในยานแล้ว) ทำหน้าที่เป็น Rader สะท้อนคลื่นวิทยุเพื่อศึกษาพื้นผิวทะลุผิวน้ำแข็ง นำโดย ASI อิตาลี
- JUICE-Magnetometer (J-MAG) เป็น Magnetometer นำโดย UKSA องค์การอวกาศสหราชอาณาจักร
และนอกจากนี้ยังมีกลุ่มจำพวก Sensor และอุปกรณ์ที่ใช้ศึกษาสภาพแวดล้อมในขณะที่มันกำลังโคจรอยู่ในระบบของดาวพฤหัสฯ ได้แก่
- Particle Environment Package (PEP) เซ็นเซอร์เพื่อศึกษาอนุภาคพลังงานสูงในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัส นำโดย Swedish Institute of Space Physics ร่วมกับ JPL ให้ทุนโดยองค์การอวกาศสวีเดน
- Radio and Plasma Wave Investigation (RPWI) ตรวจจับอนุภาคพลังงานสูง และจำพวกพลาสมา ให้ทุนโดยองค์การอวกาศสวีเดน
- Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM) เป็นอุปกรณ์ชุด Radio science ศึกษาสนามแม่เหล็กในขณะโคจรรอบจุดต่าง ๆ
- Planetary Radio Interferometer and Doppler Experiment (PRIDE) อันนี้เท่มาก เป็นการประโยชน์จากคลื่นที่ถูกปล่อยโดยเสาสัญญาณของยาน JUICE แล้วใช้เทคนิค VLBI ในการวัดสนามโน้มถ่วงของดาวพฤหัส (ถ้าสนใจให้อ่าน Spacecraft VLBI and Doppler tracking: algorithms and implementation ) มันเจ๋งสัส ๆ
นอกจากนี้ก็จะยังมีลูกเล่นที่สำคัญก็คือ ในยานจะมีการนำเอาเอกสารจำลอง จากหนังสือ Sidereus Nuncius หรือ ผู้ส่งสารแห่งดวงดาว ของกาลิเลโอ ใส่ลงในแผ่นป้ายเพื่อเดินทางไปกับยานลำนี้ด้วย
เราจะเห็นว่าอุปกรณ์ที่บรรทุกขึ้นไปนั้น เป็นความร่วมมือของแทบจะบรรดาหน่วยงานอวกาศในโลกจริง ๆ ซึ่งถ้าเราไปดูรายชื่อของ Instrument บน Europa Clipper ก็จะแนว ๆ เดียวกัน (แต่ไม่เยอะเท่า) เรียกได้ว่าการทำแบบนี้กลายเป็น Signature ของ ESA ไปแล้ว คือจัดการเรื่อง Colloboration ได้เก่งมาก ๆ
ภารกิจและความสนใจในดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี
สาระสำคัญของภารกิจนี้ก็คือ เข้ามาสานต่องานของ Galileo จะสังเกตว่าเราบอกว่างานของ Galileo นะ ไม่ใช่ JUNO นะ เพราะว่าถ้าเราดูรายชื่อ Instrument ด้านบน จะพบว่ามันไปคนและแนวกับ JUNO เลย อีกอย่างคือ JUNO เป็นยานตระกูล New Front-tier คือใช้เพื่อเบิกทางสู่การสำรวจใหม่ ๆ แต่ JUICE และ Europa Clipper เป็นตระกูล Flagship (จริง ๆ การแบ่งคลาสแบบนี้จะใช้กับ NASA เป็นหลัก แต่เอามาเปรียบ ESA ให้ฟัง) โดยตระกูลนี้ จะเน้นไปที่การบรรทุกอุปกรณ์ไปเยอะ ๆ เพื่อตอบคำถามที่มีอยู่แล้ว หรือศึกษาในเชิงลึกของเรื่องใดเรื่องนึงนั่นเอง
โดย JUICE จะรับหน้าที่ทำแผนที่ ของเหลว ของไหล แก๊ส และพฤติกรรมของสนามแม่เหล็ก ซึ่งทั้งหมดจะเป็นการมองรวมในเชิงระบบเพื่อสร้างความเข้าใจในดวงจันทร์ตระกูล Icy Moon คือ Europa, Ganymede, Calisto ให้มากขึ้นกว่าเดิม ซึ่งผลที่จะออกมาก็คือ เราจะได้ข้อมูลของมันชัด ๆ ทุกซอกทุกมุมเหมือนที่เรามีกับดาวอังคารในปัจจุบัน จะเห็นว่ามันไล่ไปทีละระดับ ตอนแรกก็คือเราทำแผนที่ดวงจันทร์, ทำแผนที่ดาวอังคาร, ทำแผนที่ดาวศุกร์ (ซึ่งก็จะนำโดยยาน Veritas ของ NASA ในทศวรรษหน้า) และแผนที่ของดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสบดีฯ ที่แน่นอนว่า จะเป็นเป้าหมายของการสำรวจอวกาศในอนาคตแน่ ๆ
การทำงานของยาน JUICE (และ Europa Clipper) จะกลายเป็นเครื่องมือ เป็นข้อมูล สำคัญที่นักดาราศาสตร์ในยุค 2030-2050 จะใช้เพื่อศึกษาระบบสุริยะของเรา ดังนั้น มันจึงมีความสำคัญมากและเป็นสิ่งที่เราต้องรู้ นั่นหมายความว่าถ้าเด็กตอนนี้เรียนประถมฯ อีก 10 ปีข้างหน้า เขาจะเรียนมหาวิทยาลัยฯ แล้วถ้าเขาเรียนสาย Planetary Science ข้อมูลที่เขาจะต้องวิเคราะห์ก็จะมาจากยานกลุ่มนี้นี่แหละ (ดังนั้นกรอกชื่อหูยานพวกนี้ไว้)
การเดินทางของ JUICE
JUICE จะใกล้เวลาการเดินทางยาวนานถึง 8 ปีด้วยกัน เนื่องจากยานใหญ่ขนาดนี้จำเป็นต้องใช้แรงเหวี่ยงจากแรงโน้มถ่วงของดาวช่วย มันจึงถูกออกแบบให้ Slingshot จากโลกถึง 3 ครั้ง (ถ้าตลก ๆ คือมึงปล่อยไปแล้วกลับมาที่เดิมซะงั้น) และดาวศุกร์ 1 ครั้ง (อันนี้ก็พอกัน จะไปดาวพฤหัสแต่ไปดาวศุกร์) รวมถึงมีเป้าหมายในการสำรวจดาวเคราะห์น้อยที่ชื่อว่า 223 Rosa ที่อยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารกับดาวพฤหัสฯ อีกด้วย
การเดินทางของมันจะเป็นดังนี้ พอปล่อยออกจากโลก ในเดือนเมษายน 2023 มันจะกลับมาสู่โลกอีกครั้งในเดือน สิงหาคม 2023 จากนั้นจะใช้ Slingshot จาก โลกและดวงจันทร์เหวี่ยงมันใกล้ไปอยู่ในวงโคจรที่ใกล้กับดาวเคราะห์ชั้นในมากขึ้น ก่อนที่มันจะเดินทางถึงดาวศุกร์ในเดือนสิงหาคม 2025 และใช้แรงเหวี่ยงจากดาวศุกร์เหวี่ยงมันกลับมาผ่านโลก ในเดือนสิงหาคม 2026 และอีกครั้งในเดือนมกราคม 2029 เพื่อพุ่งตรงไปยังดาวพฤหัสฯ ผ่าน 223 Rosa และเดินทางถึงดาวพฤหัสฯ ในเดือนกรกฎาคม 2031 และเข้าสู่วงโคจรของ Ganemede ในปี 2034 3 ปีหลังจากเดินทางถึง
จะเห็นว่านี่เป็นการเดินทางที่ยาวนานมาก จากการเริ่มวางแผนภารกิจในช่วงปี 2012 ในแผน Cosmic Vision ของ ESA มาจนถึงการเริ่มสร้างในปี 2015 ผ่านช่วง COVID ในปี 2019-2022 มาได้ปล่อยในปี 2023 ใช้เวลา 8 ปีในการเดินทาง ถึงดาวพฤหัสฯ ในปี 2031 และสำรวจเจาะลึก Ganymede ในปี 2034 เรียกได้ว่ากินกระบวนการนานกว่า 22 ปี เพื่อข้อมูลวิทยาศาสตร์ชุดแรก ๆ ที่จะถูกปล่อยออกมาก็ว่าได้
ซึ่งก็อย่างที่บอกไป ทั้ง JUICE และ Europa Clipper นั้นนับว่าเป็นความหวังใหม่ที่จะทำให้มนุษยชาติได้เจาะลึกถึงเรื่องราวของดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสฯ และทำความเข้าใจองค์ความรู้อีกมากมายเกินจินตนาการของเราในทุกวันนี้ และเตรียมพร้อมสู่การเดินทางที่ไกลออกไปสู่ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ หรือการตั้งถิ่นฐานระหว่างดวงดาว
สวัสดีเพื่อนใหม่ที่จะอยู่กับเราไปอีก 20-30 ปี ยานอวกาศที่เกิดและเติบโตในยุคของเรา ที่เป็นตัวแทนของนักวิทยาศาสตร์ และมนุษยชาติ Bon Voyage JUICE
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
