'2001: A Space Odyssey' Beurt 50: waarom zijn mensen nog niet naar Jupiter geweest?

Het was 50 jaar geleden gisteren (2 april) dat een bewuste computer genaamd HAL ravage aanrichtte op een bemand ruimteschip op weg naar Jupiter. Het fictieve verhaal, gebaseerd op een roman van Arthur C. Clarke, wordt '2001: A Space Odyssey' genoemd, en het was een van de belangrijkste films van het vroege ruimtetijdperk.

Toen "2001" werd uitgebracht, waren de Verenigde Staten midden in een epische race om mensen op de maan te landen - een prestatie die het volk slechts een jaar later, op 20 juli 1969, realiseerde. Maar Jupiter bleef een object dat alleen zichtbaar was door telescopen . De eerste ruimtemissie naar Jupiter - uiteraard een robot - was Pioneer 10, die in 1973 door de planeet vloog.

Verschillende robotachtige ruimtevaartuigen vlogen daarna door Jupiter, en twee bleven een tijdje rond de planeet hangen. De eerste was de Galileo-missie van NASA, die tussen 1995 en 2003 om de gasreus draaide. Tegenwoordig wordt de Jupiter-wetenschap uitgevoerd door NASA's ruimteschip Juno, dat in 2016 in een baan om de aarde arriveerde. [Bungelende op een draad: een verhaal uit de maak van '2001' ]

Maar hoe zit het met mensen? Waarom zijn we daar nog niet?

Naast ruimte-financiering en prioriteiten - NASA houdt zich op dit moment bezig met het International Space Station (ISS) en heeft als taak astronauten naar de volgende maan en vervolgens naar Mars te brengen - er is een groot probleem voor de menselijke gezondheid: de vervelende stralingsomgeving van Jupiter. Juno overleeft dankzij intense afscherming, maar zelfs dat gaat maar zo lang mee.

NASA's stralingsrichtlijnen stellen astronauten momenteel in staat om doseringen toe te dienen die hun levensduur kankerrisico met maximaal 3 procent zouden kunnen verhogen. Eerdere metingen van NASA's Curiosity rover suggereren dat een 860 dagen durende Mars-missie - bestaande uit een 180-daagse uitgaande cruise, een 500-daagse Red Planet-verblijf en een 180-daagse terugreis - astronauten zou blootstellen aan een totaal van 1,01 sieverts van straling, wat geassocieerd is met een toename van het kankerrisico met 5 procent.

Maar de stralingsomgeving van Jupiter is mogelijk slechter dan die van Mars. Bij Jupiter kan het beste scenario om gevaarlijke blootstelling aan straling te voorkomen, zijn om te werken in het ijs van Jupiter's ocean-herbergende maan Europa; een potentiële sonde zou een stralingsdosis van 0,3 sieverts per jaar ontvangen, volgens een onderzoek uit 2016. (De hierboven besproken hypothetische Mars-missie zou een dosis van 0,43 sieverts per jaar opleveren.) Maar de omgeving zou veel minder vriendelijk zijn op het oppervlak van Europa of in de intensieve stralingsgordels van Jupiter.

Mensen die worden blootgesteld aan hoge niveaus van straling kunnen acute symptomen ervaren zoals misselijkheid, desoriëntatie en haaruitval, en zelfs overlijden, volgens de Mayo Clinic. Maar het toevoegen van afscherming aan een ruimtevaartuig om blootstelling aan straling te voorkomen, zou het ruimtevaartuig extreem zwaar maken, wat de lanceringsmassa en -complicaties toevoegt. Wellicht is er meer geavanceerde technologie nodig om de juiste afscherming voor een ruimtevaartuig te maken, omdat bij huidige oplossingen grote hoeveelheden water worden gebruikt.

Juno-hoofdonderzoeker Scott Bolton, van het Southwest Research Institute in Texas, zei dat het ergens in de late jaren zestig of zeventig was dat wetenschappers begonnen te leren hoe gevaarlijk de stralingsgordels zijn bij Jupiter. "In '68 wisten we waarschijnlijk dat er radio-emissies waren en dat er een magnetisch veld was, maar ik denk niet dat iemand het nog in verband heeft gebracht met een erg zware omgeving," vertelde hij aan ProfoundSpace.org.

Zelfs in de jaren 1980, toen het Galileo-ruimtevaartuig werd ontworpen, onderschatten ingenieurs hoe intens de stralingsomgeving was, zei Amy Simon, een senior wetenschapper voor planetaire atmosferen bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

"Het [de omgeving] was behoorlijk intens", zei Simon, die documenten heeft gepubliceerd die de Galileo-gegevens bekijken. "We ontdekten, met de Galileo-missie, dat elke keer als we in de buurt kwamen van [Jupiter's moon] Europa of Jupiter, het ruimtevaartuig 'afstand bleef houden' [dat wil zeggen, worstelt om zijn werk te doen]. Het was nog niet klaar voor die omgeving. veranderde onze kijk op hoe we ons ruimtevaartuig en onze elektronica bouwen. "

Straling is slechts een uitdaging voor kolonisten; ze zouden ook hun eigen water mee moeten nemen, uitzoeken waar ze afvalstoffen moeten opslaan en lang moeten wachten op communicatie wanneer ze proberen met mensen terug te praten op aarde. Sommige technieken die nuttig kunnen zijn, zoals het verwerken van urine voor astronauten om te drinken, worden al getest op het ISS. Communicatievertragingen kunnen ook binnenkort worden getest op het baancomplex; astronauten hebben al technieken uitgeprobeerd om deze problemen te onderdrukken tijdens missies van NASA Extreme Environment Mission Operations onder water.

"Zeer briljant, fantasierijk"

Bolton was een jeugdfan van Clarke en herinnert zich de film "2001." Voordat hij een ruimtefysicus werd, was Bolton een fervent sciencefiction-lezer op de middelbare school; hij maakte daar deel uit van de science-fiction boekenclub. "Clarke was een van mijn favoriete auteurs, hij was zeer accuraat en zeer briljant, fantasierijk. Hij dacht aan de natuurkunde en ik heb er echt contact mee", herinnert Bolton zich.

Bolton ontmoette Clarke, die op 90-jarige leeftijd in 2008 stierf, meerdere malen door ruimtevaart en NASA-evenementen. Een van Bolton's meest memorabele ontmoetingen was dat Clarke in het jaar 2001 een kopie van het boek '2001' tekende. (Clarke heeft het jaar uiteraard aan zijn handtekening toegevoegd)

Bolton noemde de ontmoeting een 'grappig toeval', omdat niemand toen wist dat Bolton een missie naar Jupiter zou leiden - en hier was Clarke, en tekende een boek over een missie naar Jupiter. Maar Bolton weet nog dat hij Clarke vertelde hoe groot een fan was. "Ik vertelde hem dat hij mijn leven had beïnvloed, enzovoort," zei Bolton.

Simon herinnert zich ook de film als kind te hebben gezien, hoewel het een paar jaar na de release van de film was."Ik begreep het helemaal niet", zei ze, maar de gecompliceerde plot van de film was overtuigend genoeg dat ze er meerdere keren naar keek - en las het boek.

Veranderen van begrip

Jupiter heeft zo'n complexe omgeving dat ruimtewetenschappers nog steeds veel over de planeet leren. Simon kijkt één keer per jaar naar Jupiter door het Outer Planets Atmospheres Legacy (OPAL) -programma van de Hubble Space Telescope, dat jaarlijks observaties verzamelt over de buitenste planeten van het zonnestelsel. (Waarnemingen van Saturnus zullen echter pas dit jaar beginnen, omdat het Cassini-ruimtevaartuig er tot 2017 aan het werk was.)

"Ik denk dat wat we hebben geleerd over het Jupiter-systeem is, het is zo dynamisch," zei Simon. Een dramatisch voorbeeld daarvan vond plaats in 1992 tot 1994, toen komeet Shoemaker-Levy 9 uiteenviel rond Jupiter en zijn stukken in de atmosfeer van de gasreus liepen. "Het heeft ons doen beseffen dat het zonnestelsel nog steeds aan het veranderen is en dat het niet helemaal klaar en statisch is", zei ze.

Meer observaties van Jupiter onthulden veranderingen in de atmosfeer, zei Simon. De beroemde Great Red Spot-storm krimpt, verandert van kleur en kan relatief snel verdwijnen. Wolken bewegen, en de beroemde bands van Jupiter wisselen. Wetenschappers proberen nog steeds het weer van Jupiter te begrijpen, voegde Simon eraan toe, maar het is moeilijk omdat OPAL maar één keer per jaar naar Jupiter kijkt. Omdat de baan van Jupiter ongeveer 12 aardse jaren lang is, vergeleek Simon de situatie met slechts één keer per maand proberen naar de aarde te kijken en vervolgens weersvoorspellingen te doen op basis van die gegevens.

Zelfs Juno's korte tijd bij Jupiter heeft veel verrassingen onthuld, zei Bolton. Ten eerste lijkt de atmosfeer van de planeet, inclusief stormen zoals de Grote Rode Vlek, extreem diep te dalen. Wetenschappers hebben meer informatie gevonden over Jupiter's aurora's en polaire cyclonen. Zelfs de binnenstructuur ziet er anders uit dan wat onderzoekers verwachtten.

"We dachten dat er een kleine kern zou zijn, of geen kern van rotsachtig materiaal," zei Bolton. "Nu hebben we ontdekt dat de [kern] enorm is en misschien gedeeltelijk is opgelost."

Jupiter, de reus van ons zonnestelsel, is even fascinerend als fotogeniek. Hoeveel weet u over de koning van de planeten?

En er zijn andere missies gepland in het Jupiter-systeem in de 2020s. Deze missies zullen zich concentreren op een andere opkomende onderzoekslijn: ijzige manen. Pas nadat Voyager 1 en 2 in 1979 door Jupiter vlogen, realiseerden onderzoekers zich dat de maan Europa waarschijnlijk een oceaan onder zijn ijs had. Nu wordt aangenomen dat de manen van Jupiter Ganymedes en Callisto ook oceanen hebben. In de afgelopen jaren hebben Hubble-onderzoekers zelfs spatten van mogelijk waterstralen van Europa gezien.

De Jupiter ICy moons Explorer (JUICE) -missie van het Europees Ruimtevaartagentschap is gepland voor lancering in 2022 en komt in 2029 aan om Ganymedes, Callisto en Europa te onderzoeken. NASA werkt ondertussen aan een Europa Clipper-missie die naar verwachting ergens in de 2020s zal worden gelanceerd.