Kamikazevlucht door de dampkring van Jupiter

Vanavond, om precies 23.56 uur Nederlandse tijd, zal een onbemande Amerikaanse ruimtecapsule de dampkring van Jupiter binnendringen. Ruim een uur lang zullen er tijdens een afdaling per parachute allerlei metingen aan die dampkring worden verricht. Deze metingen worden gezonden naar het moederschip Galileo, dat twee uur later in een baan om Jupiter moet komen. Het is voor het eerst dat een ruimtevaartuig wordt neergelaten op - of beter gezegd in - een van de vier grote gasplaneten van ons zonnestelsel.

De sonde, 1,3 meter in diameter en 0,9 meter hoog, heeft jarenlang in een soort sluimertoestand op het moedervaartuig gezeten. Galileo werd gelanceerd op 18 oktober 1989, vloog eerst langs Venus (februari 1990) en vervolgens tweemaal langs de aarde (december 1990 en december 1992). Door deze passages won het vaartuig zoveel aan snelheid dat het in zes jaar de oversteek naar Jupiter kon maken. Onderweg werden - voor het eerst - twee planetoïden van nabij gefotografeerd: Gaspra (oktober 1991) en Ida (augustus 1993). En in juli vorig jaar nam Galileo de inslagen van komeet Shoemaker-Levy 9 op Jupiter waar.

Op 13 juli dit jaar werd de atmosfeersonde losgekoppeld van het moederschip. De sonde hield tijdens zijn eenzame tocht naar Jupiter een soort winterslaap. Het enige wat er aan boord werkte was een 'wekker', die vandaag om 18 uur afliep. Toen werden instrumenten ingeschakeld die nu metingen doen aan het magnetische veld rond Jupiter. Alle activiteiten gebeuren volautomatisch, omdat er weinig meer te regelen valt: radiosignalen vanaf de aarde komen pas na 52 minuten bij de sonde aan.

Vier minuten voor middernacht zullen versnellingsmeters aan boord van de sonde sterke vertragingskrachten signaleren. Die wijzen er op dat het vaartuig de atmosfeer van Jupiter heeft bereikt. De 339 kg zware sonde duikt dan met een snelheid van 47 km per seconde onder een hoek van slechts 9ß8 de dampkring binnen: in een gebied op 7,5ß8 ten noorden van de evenaar. Door de wrijvingswarmte loopt de temperatuur op tot 15.000 graden, maar die heerst alleen aan de buitenkant van het hitteschild. De enorme vertraging maakt dat de sonde plots een gewicht van 80 ton lijkt te hebben.

Binnen twee minuten is ruim de helft van het 140 kg zware hitteschild weggebrand en is de snelheid afgenomen tot Mach 1: de lokale geluidssnelheid. Het restant van het schild wordt dan afgeworpen en aan de bovenkant wordt een hulpparachute uitgestoten die de hoofdparachute naar buiten trekt. Om één minuut voor middernacht begint de relatief rustige afdaling met een snelheid van 180 km per uur. Alle instrumenten moeten dan zijn ingeschakeld.

Mislukte ster

Jupiter is een planeet die voor het grootste deel uit waterstof en helium bestaat. Zijn massa is 318 maal die van de aarde. Het buitenste deel van de planeet is gasvormig, het binnenste deel vloeibaar en in het centrum bevindt zich mogelijk een kleine kern van gesteenten. In de binnenste regionen heeft de vloeistof door de enorme druk metallische eigenschappen: hij is elektrisch geleidend. Astronomen noemen Jupiter soms 'een mislukte ster' - zou de planeet meer massa gekregen hebben, dat had hij zich ontwikkeld tot een tweede zon.

Waarnemingen vanaf de aarde en vanuit onbemande, passerende ruimtescheepjes hebben astronomen al een aardig beeld gegeven van de opbouw van de enorme atmosfeer. Geen enkele ruimtesonde heeft ooit metingen in de atmosfeer van Jupiter verricht, zoals dat wèl is gebeurd bij de kleinere planeten dichter bij huis.

De nu op Jupiter afstormende atmosfeersonde heeft zeven instrumenten aan boord, gebouwd door Amerikaanse en Duitse instituten. Met deze instrumenten worden straks temperatuur, druk, dichtheid en chemische samenstelling van de atmosfeer gemeten, evenals de hoogte en eigenschappen van nevels en wolkenstructuren (bestaande uit druppeltjes en ijskristallen) en de stralingsbalans in de atmosfeer (de verhouding tussen de inkomende straling van de zon en de uitgaande warmtestraling van Jupiter zelf).

Tijdens de afdaling wordt ook geluisterd naar de radiosignalen van bliksemontladingen. De Voyager-ruimteschepen registreerden in 1979 'superbliksems' die wel honderd maal zo krachtig waren als de bliksemontladingen op aarde. De Amerikaanse astronoom Eugene H. Levy en zijn collega's voorspellen vandaag in Nature dat zulke bliksems op Jupiter kunnen worden opgewekt, wanneer in de wolken meer dan een à twee gram water per kubieke meter zit: iets wat de atmosfeersonde nu gaat onderzoeken.

Helium

Een belangrijk instrument is de Helium Abundance Detector, die de verhouding waterstof/helium in de atmosfeer gaat meten. In 1977, toen het project Galileo van start ging, dachten de meeste astronomen dat deze verhouding sinds het ontstaan van de planeet niet zou zijn veranderd. Deze waarde zou dan iets kunnen zeggen over de omstandigheden ten tijde van het ontstaan van het heelal. Later besefte men dat deze verhouding door processen in Jupiter toch zal zijn veranderd en nu heeft het bepalen van deze waarde tot doel meer te weten te komen over het ontstaan en de ontwikkeling van de planeet zèlf.

De atmosfeersonde zendt zijn metingen tijdens het afdalen naar Galileo, die zich 200.000 km boven de sonde bevindt. De dopplerverschuiving in de radiosignalen geeft informatie over de snelheid van de atmosferische stromingen die de daalsonde meevoeren. Galileo slaat alle data op in zijn computergeheugen en op een taperecorder. De sonde blijft 'hoorbaar' totdat de steeds dikker wordende dampkring de radiosignalen te sterk verzwakt, de batterijen leeg raken, of de zwakste delen van de sonde bezwijken. Dat zal na ongeveer 75 minuten het geval zijn: op een diepte van 160 km, waar een temperatuur heerst van bijna 200ß8 C en een druk van bijna 20 atmosfeer.

Atomen en moleculen

De dode sonde blijft echter verder dalen en komt in steeds hetere gebieden terecht. Een half uur na het verbreken van het radiocontact smelt de parachute (bij 260ß8 C) en wordt de daalsnelheid groter. Nog eens veertig minuten later smelten de aluminium delen (bij 660ß8 C) en nog eens zes uur later begint de titaan-draagstructuur te smelten (bij 1680ß8 C). Men schat dat de sonde ongeveer tien uur na het begin van de afdaling, op een diepte van ongeveer duizend kilometer, volledig is verdampt.

Het moederschip Galileo is vanmiddag om 15 uur de grote Jupitermaan Europa gepasseerd en scheert om 19.40 uur op een afstand van nog geen 1000 km langs de vulkanische maan Io. Deze afstand is zo gering dat de camera aan het oppervlak details ter grootte van 40 meter kan fotograferen.

Met de afremmotor komt Galileo in een langgerekte baan om Jupiter. Het is de bedoeling dat hij in de loop van een kleine twee jaar tien wijde omlopen om de reuzenplaneet maakt. Tijdens iedere omloop komt Galileo tot op enkele honderden kilometers langs een van de manen die dan worden gefotografeerd.

Io komt niet meer aan bod, omdat de intensiteit van de stralingsgordels in zijn buurt zo hoog is dat de elektronica van Galileo er door kan worden beschadigd. De slalom door het Jupiter-stelsel zal vrijwel geen brandstof vergen, omdat iedere passage een zodanige koersverandering teweeg brengt dat vanzelf een volgende maan wordt bereikt. Ook enkele kleinere satellieten en de ring rond Jupiter staan op het programma.

    • George Beekman