木星のキラー放射線を通してNASAのジュノプローブを導く女性に会いましょう

2016年7月4日の夜、科学者たちはバスケットボールコートサイズのプローブを太陽系で最大の惑星の軌道にうまく操縦しまし 。フロリダの打ち上げで歓声を上げた人もいれば、安堵のため息をついた人もいました。しかし、NASAのハイディベッカーにとって、これはミッションの終わりだったかもしれません。

「はい、私たちは軌道に乗っていました」と彼女は私に言った。「しかし、私たちは生きていましたか?」彼女のチームの実験は、5年間の17.4億マイルの旅を生き延びましたか?彼らはデータを取得することができますか?彼らは惑星の周りの船をナビゲートすることができるでしょうか?

木星は巨大以上のものです。これはガスの球であり、この地球上で物理実験で再現できるよりも高いエネルギーで、磁気圏の周りにより多くの粒子を飛ばします。それは私たちの技術にはまったく無愛想です。この巨大ガスを詳しく調べたいと思った人間は、太陽系のどの惑星の周りでも最も過酷な放射線環境に耐えられるように、どういうわけか宇宙船を作らなければなりませんでした。 ベッカーは、この不吉な場所に直面するために、ジュノと呼ばれる船を準備しました。 彼女自身の説明によれば、ジュノは彼女の子供です。

「[楽器]が宇宙船に搭載されたとき、私はOKと言いました。頑張れ。楽しんで。あなたの仕事をしなさい」と彼女は私に言った。

ベッカーは、カリフォルニア州パサデナにあるNASAのジェット推進研究所で、ジュノーのミッション専用のフロアにあるまばらなオフィスで、ジュノーの放射線監視調査のリーダーとして働いています。彼女は、何年にもわたってカラフルなグラフと物理方程式を蓄積してきたホワイトボードと、アーティストが匿名のままであるマーカーで描かれたスマイリーフェイスを消去しません。彼女は 、3帆の風車のように見えるJunoプローブのミニチュアモデルを借りて、私の訪問のためにその部品を指摘しました。彼女は彼女の傑作について話し合う芸術家の注意を払ってそれを扱いそして見ました。

この図は、NASAのJuno宇宙船が木星の南極上空を飛んでいる様子を示しています。

しかし、ベッカーは、太陽系で最も敵対的な惑星環境からNASA宇宙探査機を常に保護しているわけではありませんでした。10代の頃、彼女はロサンゼルス郡立芸術高校でダンスを学び、その後ニューヨーク大学のティッシュ芸術学校で演劇を専攻しました。彼女は数年間ニューヨーク市の劇場でパフォーマーでしたが、病院でボランティアをした後、科学への切り替えを始めました。彼女は、望遠鏡で星を形成するオリオン大星雲を見るまで、薬を追求することを考えました。「それはとてもゴージャスでした、そして私はその瞬間に私が物理学に入ると決めました。」

ベッカーは、26歳で最初の微積分クラスを含む、ニューヨークで学士号取得後のクラスを受講し始めました。その後、カリフォルニア州立工科大学ポモナ校で物理学の学士号を取得するためにカリフォルニアに戻りました。彼女はまだ学生の間にNASAのジェット推進研究所で働き始め、卒業後はフルタイムの従業員としてそこで働き始め、センサーやカメラなどのデバイスに対する放射線の影響を研究しました。「そしてそれが私の専門分野になり、他の誰もあまり興味を示さなかった」と彼女は言った。

つまり、科学者がカメラとセンサーで覆われたオービターを木星の周りの環境に送りたいと思うまで、誰もあまり興味を持っていませんでした。木星の放射線はまだ特徴づけられていませんでした。それで、まだ彼女のキャリアの早い段階で、ベッカーはジュノチームに加わりました。

彼女の最初の仕事は、Junoの提案の草案作成を支援することでした。わずか数か月で、チームは、そのスタートラッカー、本質的には星図と組み合わされた望遠鏡が、星の位置に基づいて宇宙に自分自身を配置するのに役立つことを確認する必要があります。放射線による激しい攻撃の下で。電子や陽子のような高エネルギー粒子は、システムによって運ばれる電子機器を揚げることができます。スタートラッカーは鮮明な画像から始まったかもしれませんが、最終的には、粒子が古いテレビのように雪を作ります。

ベッカーの役割は、彼女と彼女のチームメートを世界中に連れて行き、ここ地球上で木星の強烈な放射線帯を再現できる場所を探しました。彼らは、以前は核爆風に強い潜水艦の船体を設計するために使用されていたニューヨークの粒子加速器でプローブ部品をテストしました。彼らは深夜に腫瘍学研究室に行き、カメラの目を診察台に置き、通常は人間の組織を研究するために予約されている高エネルギー粒子でそれらを叩きました。そして、そのすべてのテストにもかかわらず、彼らはまだすべてが正しく行われたかどうかを確信していませんでした。NASAの許容誤差をはるかに超えてテストしましたが、宇宙船はこれまで宇宙船がなかった木星の一部に向かっていました。

木星の磁気圏にはどれだけの放射線がありますか?ベッカー氏によると、Junoは、ミッションが終了するまでに、約1億個の歯科用X線に相当する放射線を浴びることになるという。

「あなたはそれの先に何があるか知っています。ライトがノックアウトされるだけです。それはこの恐ろしい場所に行くだろう」と彼女は言った。「それは私たちの多くが感じる方法です—宇宙船と楽器に対する母性/父性の感情。」

ただし、Junoの機器は頑丈です。タングステンシールドと組み合わせると、スタートラッカーだけでも18ポンドの重さがあります。それは本質的に鎧のスーツを着ています。

2011年8月のフロリダからのプローブの打ち上げは、ベッカーの人生で最も驚くべき瞬間の1つだったと彼女は言いました。「私は外に走って、それが私の頭の上を飛ぶのを物理的に見なければなりませんでした」と彼女は言いました。「物理的に別れを告げて、木星に向かう途中で打ち上げられるのを見るのはとても素晴らしいです。」これはまた、過渡期を示しました。彼女はもはやエンジニアではなく 、探査機の機器に対する木星の大気の影響などを記録する科学者でした。彼女の仕事は、地球の最高の技術のいくつかの限界を明らかにするだけでなく、惑星の未知の放射線帯をマッピングするのにも役立ちます。

おそらく、打ち上げ後の彼女の最もストレスの多い瞬間は、ジュノが2013年に木星に向かって飛ぶのを助けるために、多くの惑星探査機が行うように、重力支援のために地球の軌道に戻ったときに発生しました。チームは、ジュノが予期せず入ったときにいくつかの科学機器をテストすることを望んでいましたセーフモード、問題を検出した後、ほぼ完全なシステムがシャットダウンします。この問題はすぐに解決されましたが、「打ち上げの美しさの経験とはほぼ正反対でした」と彼女は言いました。「セーフモードが完全に終了するまで、これから行くのか、健康なのかわからないので、心が痛む瞬間でした。」

ジュノはついに2016年7月に木星に接近しました。世界中の科学ファンは息を切らして見守り、それが軌道に入ると祝いました。しかし、ベッカーは、データストリームが実際に翌日にNASAに現れるまで、彼女のプロジェクトが成功したかどうかを知りませんでした。機器が「ペリジョーブワン」の間にデータを取得し始めたのは2か月後、初めてプローブがデータを取得するために軌道上で惑星に最も接近したとき、彼女は物事が期待どおりに機能していることを確認しました。

このループアニメーションは、木星の大赤斑の雲の動きをシミュレートします。アニメーションは、JunoCam画像のモザイクに風の動きモデルを適用することによって作成されました。

探査機はそれ以来、過酷な木星環境で1年半生きており、想像できる最も素晴らしい  画像の  いくつかと大量科学を提供しています。巨大惑星について私たちが知っていることを完全に覆したと言う人もいます。私たちが書いた、木星の重力場は、我々はそれが思ったよりも違って見える、と科学者が予想されるとして、それは強いとして2倍の極で混沌の嵐と磁場を持っています。

ベッカーと彼女のチームはそれ以来、彼らの計器を使って惑星のリングの写真を裏返しに撮り、惑星の放射線帯の強さを描き続けてきました。彼らは、スタートラッカーや他の機器が、予想通り、今後数か月にわたって劣化するのを見るでしょう。ベッカーは、放射線モニタリングを革新的な科学に変え、木星の放射線帯と、放射線がこれまでに研究されたことのない方法で科学実験にどのように影響するかについてさらに光を当てました。

そして、劣化はほとんど始まっていません。プローブが惑星の赤道領域に近づくと、それはおそらくすでに持っているよりも10倍多くの放射線に直面するでしょう。「突然情報が失われたり、放射線が高すぎるためにスタートラッカーがどこを指しているのかを判断できなくなったりする瞬間があるかもしれません。画像の雪はすべての星を遮るだけです」と彼女は言いました。「そして私たちの仕事は、宇宙船チームに放射線が何をしているのか、そして私たちが何を見ているのかを伝えることです」と、どの科学機器を使用し、何かがうまくいかない場合の緊急時対応計画を立てます。

しかし、遠い世界を周回する他の探査機と同様に、Junoの寿命は間もなく終了し、予算の延長がない限り、今年の7月には早くも終了する可能性があります。ミッションの終わりに、ジュノーは、2017年に土星の調査カッシーニが行ったように、養子縁組の惑星に最後の突入 を行います。ベッカーと私は、カッシーニとジュノーの最終的な終焉について簡単に話し合いました。その間、彼女は特に静かになりました。「カッシーニが惑星に衝突するのを見て、最後の信号を見るのは恐ろしいことでした。私はカッシーニにもいませんでした...あなたはこれらの素晴らしいことをすることができるこの素晴らしい宇宙船を持っていて、あなたはそれを燃やしただけです」と彼女は言いました。

ジュノについては、「本当に大変です。私はそれにとても接続しているので、私はそれについて否定しています。カレンダーに表示されていません。」

しかし、惑星科学に対するベッカーの影響は、ジュノよりはるかに長生きします。

「[ベッカーズ]は、そのようなものを見たことがない他の科学者によって最も人気のある論文のいくつかです」と、サウスウエスト研究所のジュノの主任研究員であるスコットボルトンは言いました。「彼らは工学実験が科学実験に変わるのを見たことがありません。先駆的だと思います。」そして他の人達は彼女の結果を彼ら自身の任務のために使っています。「[木星の月]エウロパを探検しようとしている別のNASAミッションは、彼女の論文を読み始め、彼女の努力を真似ようとすることを考え始めています。」ボルトンは、将来、宇宙船が彼女の放射線監視の取り組みや、通常は単に航法のために予約されている機器を使用して研究を行う方法を無視するとは考えていませんでした。

コラボレーションは、最良の部分の一つとなっている程度、それは非常に多く、彼女は科学者としての彼女の日前から思い出した創造的なプロジェクトのように感じたので、プロジェクトに取り組んで、ベッカーは、言いました。そして彼女のチームと一緒に、研究は先駆的であり、変革的でした。

「ジュノが進化するにつれて私は進化しなければなりませんでした」と彼女は私に言った。「Junoの誰もが今まで見たことのないものを見ていると思います。私たちが考えたすべてが間違っていて、それを発見することほど良いことはありません。私たちの探求はそれだけの価値があることを私たちは知っています。」

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