JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) è una missione spaziale dell'Agenzia spaziale europea (ESA) il cui lancio è avvenuto il 14 aprile 2023 alle ore 14.14 UTC+2 tramite il lanciatore Ariane 5. L'obiettivo sono le tre lune ghiacciate di Giove: Ganimede, Europa e Callisto. Tutte e tre infatti presentano discrete quantità di acqua liquida sotto la superficie e sono candidate ideali per la ricerca di vita extraterrestre.
La sonda arriverà nel sistema di Giove nel 2031 dopo aver sfruttato tre volte l'assistenza gravitazionale della Terra e una volta quella di Venere. Dopo una serie di fly-by di Europa e Callisto entrerà in orbita nel 2034 attorno a Ganimede per un ulteriore studio che verrà completato nel 2035.
La sonda ha una massa di circa 5 tonnellate e utilizzerà pannelli solari per produrre energia. La strumentazione scientifica, tra cui radar, magnetometro, spettrometri e macchine fotografiche, pesano circa 100 chilogrammi. JUICE è la missione scientifica più ambiziosa del programma spaziale scientifico dell'ESA Cosmic Vision per il decennio 2015-2025. Il progetto era stato proposto con il nome di Jupiter Ganymede Orbiter (JGO), ma è stato modificato e rinominato dopo l'abbandono nel 2010 di una missione congiunta tra ESA e NASA, la Europa Jupiter System Mission. Selezionata dal comitato del programma scientifico dell'ESA nel maggio 2012, è la prima missione esclusivamente europea diretta al sistema solare esterno.
Storia Nel 1995 la sonda Galileo della NASA entrò nel sistema gioviano e fece diverse importanti scoperte tra cui la presenza di oceani subglaciali su alcune delle lune galileiane. I vincoli che un pianeta deve soddisfare per essere abitabile erano stati sconvolti e lo studio di questi oceani è diventato da allora uno dei principali obiettivi del programma di esplorazione spaziale per le due agenzie spaziali particolarmente coinvolte in questa esplorazione (NASA e Agenzia Spaziale Europea). Tuttavia una missione nel sistema solare esterno con inserimento in orbita attorno alle lune di un gigante gassoso ha un costo particolarmente elevato anche per un'agenzia spaziale particolarmente dotata come la NASA. Le due agenzie hanno quindi cercato di limitare i costi proponendo missioni congiunte.
Cooperazione con la NASA Nel 2008 venne proposta una missione congiunta denominata Europa Jupiter System Mission, che prevedeva l'utilizzo di due sonde spaziali automatiche e indipendenti per l'esplorazione coordinata del sistema gioviano, la Jupiter Ganymede Orbiter (JGO) sviluppata dall'ESA e la Jupiter Europa Orbiter (JEO) della NASA. La missione per Europa tuttavia prevedeva costi più alti, in quanto studi della NASA richiedevano per la raccolta di dati su Europa da 50 a 100 passaggi ravvicinati in un ambiente molto più radioattivo, e per questione di budget il progetto JEO fu abbandonato. L'Agenzia spaziale europea decise quindi nell'aprile 2011 di ridisegnare il programma della missione JGO trasformandolo in un nuovo progetto, JUICE, che prevedeva lo studio soprattutto sui due satelliti medicei più esterni, Ganimede e Callisto, includendo solamente due sorvoli di Europa e una fase di esplorazione di Giove in un'orbita ad alta inclinazione.. Successivamente la NASA, nel 2015, approvò un progetto meno costoso per esplorare Europa rispetto al JEO, Europa Clipper.
Approvazione del progetto Il 2 maggio 2012 l'ESA ha annunciato di avere selezionato JUICE all'interno del programma Cosmic Vision, venendo preferita alle missioni LISA e ATHENA; è stato il primo progetto dell'ESA approvato della categoria Large Class, il corrispettivo delle missioni Flagship della NASA, che comprende le missioni più costose e impegnative del programma dell'ESA. Nel novembre 2014 l'Agenzia spaziale europea ha dato il via libera alla missione per procedere alla successiva fase di sviluppo e ha firmato un accordo con varie agenzie spaziali nazionali per il finanziamento degli strumenti.
Proposta russa per un lander su Ganimede Il Russian Space Research Institute aveva una proposta di missione di lander su Ganimede chiamata 'Laplace-P', con scopi di astrobiologia. Era stata valutata una cooperazione e una possibile sinergia con la fase orbitale di JUICE su Ganimede tra l'ESA e Roscosmos, che propose anche di alimentare il veicolo spaziale JUICE con un generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG) di fabbricazione russa, per sostituire i pannelli solari che sarebbero vulnerabili alle radiazioni di Giove,, tuttavia la proposta non riscosse un grande seguito.
Sviluppo della sonda
Il 9 dicembre 2015, l'ESA ha firmato un contratto con Airbus Space and Defense dal valore di almeno 350 milioni di Euro per lo sviluppo e la costruzione della sonda, che sarebbe stata costruita e assemblata nella sede tedesca della compagnia a Friedrichshafen.
Il 15 marzo 2017, l'ESA ha annunciato che la fase di design si era conclusa con successo e sarebbe stato prodotto un prototipo della sonda per testare la resistenza in un ambiente estremo come quello di Giove.
Il 16 gennaio 2018, l'ESA ha annunciato che sono stati superati con successo i test per lo svolgimento da terra della missione, come la gestione della sonda e le comunicazioni con essa. A maggio 2018 sono stati superati anche i test sulla capacità isolante dei materiali, dovendo sopportare alte temperature col flyby di Venere e basse temperature presso Giove. A settembre 2019 è iniziata in Germania la costruzione della sonda, lavorando sullo scheletro, sulle protezioni e sui sottosistemi termici nel corso dei mesi successivi, per poi passare all'integrazione e al collaudo dei sottosistemi elettrici nel marzo 2020.
Il 20 gennaio 2023 la missione è stata presentata nella sede Airbus di Tolosa, prima del suo trasferimento a Kourou, nella Guyana francese, per il lancio previsto nell'aprile del 2023. Nella conferenza è stato annunciato che sarà montata nella sonda una placca commemorativa dedicata a Galileo Galilei.
Obiettivi scientifici
Il principale obiettivo scientifico della missione JUICE è determinare fino a che punto i satelliti di Giove e in particolare Ganimede possano ospitare la vita.
I principali obiettivi scientifici per Ganimede, e in misura minore per Callisto, sono:
Caratterizzazione degli strati oceanici e rilevamento di possibili serbatoi d'acqua sotterranei Cartografia topografica, geologica e compositiva della superficie Studio delle proprietà fisiche delle croste ghiacciate Caratterizzazione della distribuzione delle masse interne, dinamica ed evoluzione delle strutture interne Indagine sulla tenue atmosfera di Ganimede Studio del campo magnetico intrinseco di Ganimede e delle sue interazioni con la magnetosfera gioviana.
Per Europa, l'attenzione si concentra sulla chimica essenziale per la vita, comprese le molecole organiche, e sulla comprensione della formazione delle caratteristiche superficiali e della composizione del materiale diverso dal ghiaccio d'acqua. Inoltre, JUICE fornirà il primo sondaggio del sottosuolo della luna, inclusa la prima determinazione dello spessore minimo della crosta ghiacciata sulle regioni attive.
Caratteristiche
I principali impedimenti per la progettazione sono legati alla maggiore distanza dal Sole, l'uso di pannelli solari e il rigido campo di radiazioni gioviane. Gli inserimenti in orbita a Giove e a Ganimede e il gran numero di manovre di flyby (più di 25 spinte gravitazionali e due flyby su Europa) richiedono che la navicella trasporti circa 3.000 kg di propellente. Per la notevole distanza è necessaria nelle comunicazioni un'antenna sui 3 m di diametro, dovendo trasmettere circa 1,4 Gb giornalieri, e per l'alimentazione la sonda è dotata di pannelli con una superficie di 85 m². La sonda è strutturata su di un tubo portante principale, con diversi pannelli disposti radialmente attorno ad esso e, una volta inserite le apparecchiature, delle lastre esterne di chiusura rivestite di piombo per schermare dalle radiazioni gioviane. Sarà alimentata da due serbatoi, di cui il primo contenente ossidi di azoto come ossidante e il secondo con della monometilidrazina come propellente; per la propulsione, di un motore principale da 400 N, otto motori da 22 N per manovre più delicate e dodici da 10 N per il controllo dell'assetto; il tutto collegato da 130 m di tubi e 10 km di cavi.
Gli aiuti gravitazionali includono:
Fionda gravitazionale (Terra, Venere, Terra, Marte, Terra) Inserimento nell'orbita di Giove e riduzione dell'apocentro con più spinte gravitazionali di Ganimede Riduzione della velocità con l'aiuto Ganimede-Callisto L'aumento dell'inclinazione con fionde gravitazionali ottenute con 10-12 sorvoli ravvicinati di Callisto
Strumentazione
L'orbiter disporrà dei seguenti strumenti:
Janus (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator), telecamera ad alta risoluzione di tipo CMOS per studiare la morfologia e compiere mappature delle lune in luce visibile e nel vicino infrarosso con una risoluzione di 2,4 m per pixel. La sua apertura è di 100 mm, la sua lunghezza focale è di 467 mm ed è dotata di una ruota portafiltri con 13 diversi filtri per rilevare determinati elementi chimici. Costruita da Leonardo con la collaborazione dell'INAF, è fornita dall'Università degli Studi di Napoli "Parthenope", Italia. MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer), uno spettrometro per lo studio di nubi troposferiche di Giove e di ghiacci e minerali sulle lune, con lunghezza d'onda nel visibile e nell'infrarosso tra 0,5 e 5,55 micron. La risoluzione spaziale è variabile in funzione dei sorvoli di Ganimede, Callisto ed Europa e può arrivare fino a 60 m per pixel durante le fasi ravvicinate e 125 chilometri per Giove. Fornito dall Institut d'Astrophysique Spatiale, Francia. UVS (UV Imaging Spectrograph), uno spettrometro nell'ultravioletto (tra 55 e 210 nm di lunghezza d'onda) per studiare l'esosfera delle lune, l'atmosfera di Giove e le aurore gioviane. Permette di ottenere immagini con una risoluzione spaziale di 0,5 km nell'orbita bassa di Ganimede e 250 chilometri durante i sorvoli di Giove. Deriva dal UVS a bordo della sonda Juno, lanciata verso Giove nel 2011. Fornito dal Southwest Research Institute, USA. SWI (Sub-millimetre Wave Instrument), uno spettrometro submillimetrico tramite un'antenna di 30 cm, per lo studio di composizione, dinamica e temperature delle tenui atmosfere delle lune e di Giove, in particolare studiando la composizione e la dinamica della sua stratosfera. Fornito dal Max Planck Institute for Solar System Research, Germania. Gala (Ganymede Laser Altimeter), un altimetro laser per studiare morfologia e deformazioni di marea sulle lune, dovrebbe consentire di determinare lo spessore dello strato di ghiaccio in superficie e lo spessore dell'oceano sotterraneo con una precisione di 10 chilometri. Durante i voli sopra Europa, lo strumento deve consentire di identificare le depressioni topografiche regionali, in particolare in terreni caotici e aree che possono contenere acqua liquida a bassa profondità. Durante i sorvoli di Callisto, lo strumento dovrebbe consentire di determinare la forma globale della luna, identificare depressioni regionali in particolari bacini anulari e grandi crateri, Fornito dal German Aerospace Center, Germania. Rime (Radar for Icy Moons Exploration), un radar per lo studio del sottosuolo ghiacciato delle lune tramite un'antenna di 16 m, consentirà di determinare la struttura del sottosuolo fino a una profondità di nove chilometri. La risoluzione verticale è compresa tra 50 e 140 metri. Fornito dall'Università degli Studi di Trento, Italia, e consegnato nel novembre 2020. Lo strumento è dotato di un'antenna di collegamento che dopo un iniziale problema di spiegamento è stata correttamente orientata. J-MAG (Magnetometer for JUICE), un magnetometro per lo studio dei campi magnetici di Giove e Ganimede e delle loro interazioni. Fornito dall'Imperial College London, Regno Unito.