Letjelica “Galileo” još je jedan veliki uspjeh astronautike. Nijedan projekt prije njega nije bio toliko složen. Misija “Galilea” zamišljena je radi podrobnog ispitivanja atmosfere Jupitera, njegove magnetosfere i njegovih pratilaca, a otpočela je 18. listopada 1989. lansiranjem raketoplana “Atlantis” koji je “Galilea” prenio u orbitu oko Zemlje.

Galileo se sastoji od dva glavna dijela: od meteorološke sonde i orbitera. Sonda se odvojila od orbitera 148 dana prije dolaska na Jupiter i spustila se u Jupiterovu atmosferu radi ispitivanja temperature, tlaka i sastava oblačnog sloja. Orbiter je, nakon ulaska u orbitu oko Jupitera, počeo svoju primarnu dvogodišnju misiju snimanja podataka s Jupitera i njegovih važnijih satelita (Io, Europa, Ganimed i Kalisto). Letjelica će pomno snimati i Jupiterovu atmosferu i magnetosferu.

Jedan dio Galilea obrće se i time podržava stabilan položaj u prostoru, a drugi dio je čvrsto usmjeren prema objektu istraživanja. Podešavanje položaja obavlja se malim mlaznicama, a za promjenu putanje u sustavu Jupiterovih mjeseca, glavnim raketnim motorom. Visina cijelog sustava, sastavljenog od orbitera i atmosferske sonde, iznosi 5,3 metra, a dva se mehanička kraka odvajaju podržavajući magnetometre (mjerače magnetskog polja).

Letjelica je dobila ime velikog talijanskog znanstvenika koji je 1610. godine dalekozorom otkrio četiri najveća Jupiterova pratioca – Io, Europu, Ganimeda i Kalisto – te ih stoga zovemo galilejanskima.

Jupiterov su sustav prije Galilea posjetili Pioneer 10 (1973.), Pioneer 11 (1974.), Voyager 1 i Voyager 2 (1979.). Osim ovih četiriju letjelica i Galilea, u područje je zašao Ulysses koji je u Jupiterovu gravitacijskom polju skrenuo u jedinstvenu putanju oko Sunca, tako da se odonda počeo gibati kao Sunčev satelit oko njegovih polova.

Gravitacijska praćka

Galileo je triput obilazio planete da bi iskoristio učinak “gravitacijske praćke”. Postupak je u svemirskim istraživanjima iskušan već više puta. Kad god se susretnu dva svemirska tijela koja su slobodno doletjela, tj. nisu bila međusobno vezana, zbog gravitacijske sile koja se među njima pojavi staze im se promijene. Prvo je 1973. godine Mariner 10, pošavši sa Zemlje, zaokrenuo oko Venere koja mu je dala takav zamah da je odletio do Merkura. Planet daje letjelici zamah kao da je ispušta iz praćke. Ako je pritom energija jednog tijela (letjelice) porasla, energija drugog tijela (planeta) morala se smanjiti. Energije tijela koja se gibaju u gravitacijskom polju sastoje se od energije gibanja, ili kinetičke energije, i od energije položaja, tj. potencijalne energije. Tijelo koje se oko Sunca giba na većoj stazi, makar se giba sporije, ima veću ukupnu energiju od tijela koje se giba na manjoj stazi, gdje je brzina obilaženja veća. Kako je staza Galilea učinkom praćke povećana, staza planeta pritom mora postati manja. Naravno, namjera je da se letjelici energija poveća da bi ona mogla odmaknuti do dalekog cilja. Tako je staza Galilea povećavana čak tri puta. No nema nikakve opasnosti da bi se energija planeta znatnije iscrpjela, planet približio Suncu i u konačnici pao na nj, jer tijelo velike mase kakvu ima planet trpi mnogo manju promjenu staze nego što je kao korisnu promjenu trpi letjelica. Inženjeri ovakav projekt temelje na upotrebi zakona gravitacije i u planiranju staze pomažu si kompjutorskim simulacijama.

Prolaz kraj Venere zbio se 10. veljače 1990. godine na udaljenosti od 16 000 km. Tada su prvi put iskušani instrumenti, planet je sniman i prikupljena su nova znanja o Venerinoj meteorologiji. Za prvog prolaska kraj Zemlje, 8. listopada, na visini od 960 km iz jedinstvene je perspektive sniman naš planet. U travnju iduće godine dogodio se prvi neuspjeh: inženjeri su tijekom nekoliko mjeseci pokušavali otvoriti veliku antenu promjera 4,8 metara, zakretali su je prema Suncu da se zagrije, okretali je u hlad, koristili njezine motore – sve bez uspjeha. Nešto se pokvarilo u mehanizmu, napola otvoreni “kišobran” bio je beskoristan; tako je ostalo do danas. Drugi put, točno godinu dana poslije prvog posjeta, letjelica je prošla pokraj Zemlje na maloj visini od 305 kilometara.

Nije samo antena otkazala; veliki su se problemi javili i sa sistemom za spremanje podataka. Ustanovljeno je da je u tu svrhu moguće koristiti samo dio kasetofona. Dok su se inženjeri trudili da uspostave punu funkciju opreme na letjelici, dotle su na tlu usavršavane metode prijama signala kako bi se u što manjem prostoru prenijelo što više podataka te da bi signali i uz komuniciranje s letjelicom pomoću preostale male antene bili što čujniji. Signale su na Zemlji primale velike antene Mreže dalekog svemira (Deep Space Network) koja se sastoji od antena raspoređenih oko Zemlje a s Galilejem komuniciraju bez obzira na Zemljinu vrtnju. Prijenos informacija usko je grlo ove misije.

Na putu do Jupitera

Na putu prema Jupiteru, dvaput prošavši kroz asteroidni pojas, Galileo je snimio dva asteroida. Prvi put je prošao kraj Gaspre, na udaljenosti od 1600 km, dok je kraj drugog asteroida, Ide, prošao na udaljenosti od 2400 km. Asteroidi pretežno nastanjuju područje staza između Marsa i Jupitera, ali se pojavljuju i mnogo bliže, čak bliže od Merkura. Gaspra ima stazu na srednjoj udaljenosti od Sunca samo malo većoj od srednje udaljenosti Zemlje do Sunca. Svako, pa i malo tijelo koje prijeđe preko Zemljine staze predstavlja veliku opasnost. Stoga se suvremena istraživanja planetskog sustava stalno osvrću na svojstva asteroidnih tijela.

Prije nego što je Galileo prišao Jupiteru, neočekivano je učinio astronomiji veliku uslugu. Prisustvovao je velikoj predstavi: padu kometa Shoemaker-Levy na Jupiter. To je prirodna katastrofa tijekom koje su velike stijene, dijelovi kometske jezgre, kroz Jupiterovu atmosferu jurile nadzvučnom brzinom. Zrak se tada ponaša kao tekućina i postiže veliku rušilačku snagu, a upadno se tijelo drobi, mrvi, zagrijava i isparava (raspršuje) u okolnu atmosferu.

Između 16. i 21. srpnja 1994. godine na Jupiter su pala dvadesettri kometska odlomka. Mjesto pada nalazilo se na strani planeta koja sa Zemlje u tom času nije bila vidljiva. Kako je Galileo bio već blizu Jupitera, na udaljenosti od 240 milijuna kilometara, mogao je snimati bljeskove svjetlosti uzrokovane padovima na noćnu stranu Jupitera, onu koju sa Zemlje nikada ne vidimo. Međutim, Jupiter se jako brzo okreće, jednom za 9,5 sati, pa se udareni dio atmosfere ubrzo pojavio sa osunčane strane. Nju su, naravno, snimali brojni zemaljski teleskopi, kao i Hubbleov svemirski teleskop.

Prilaz Jupiteru

Orbiter i sonda nisu zajedno stigli do Jupitera, već su se 13. srpnja 1995. odvojili i nekoliko mjeseci putovali odvojeno pa su cilj dostigli 7. prosinca 1995. godine.

Sudbina sonde određena je 148 dana prije no što je dostigla Jupiter. Sve je to bilo precizno pripremljeno onog trenutka kada se sonda odvojila od orbitera; tada je dobila brzinu okretanja oko osi i bila odbačena u točno određenu putanju. Sonda nije imala ni vlastite motore ni radioprijamnik. Djelovala je autonomno, a putanja je bila balistička – bez mogućnosti naknadnog mijenjanja. Njezini su instrumenti trebali mjeriti podešavajući se prema vanjskim uvjetima, te na kraju podatke pomoću radioodašiljača prenijeti orbiteru. S njom se nikako nije moglo upravljati zbog kašnjenja signala sa Zemlje: dok radiosignal sa Zemlje stigne do sonde, ona već prođe svoj životni put u Jupiterovoj atmosferi (da radioval prevali udaljenost od 900 milijuna kilometara potrebno je 50 minuta). Ipak, sve je radilo upravo savršeno.

Uvjeti prilaza Jupiteru postavili su pred konstruktore sonde krajnje teške zahtjeve, jer je sonda trebala izdržati najveća dinamička i termička opterećenja. Sonda je Jupiteru prišla brzinom od 21 km/s (udaljenost je tada iznosila 600 000 km), a kako ju je Jupiter – najmasivnije tijelo Sunčeva sustava poslije Sunca – snažno privlačio, ubrzala se do 47 km/s. To su brzine kojima užareni meteori jure kroz Zemljinu atmosferu. (Da je sonda slobodno i bez otpora padala u Jupiterovu gravitacijskom polju, ubrzala bi se do 60 km/s, koliko za Jupiter iznosi brzina oslobađanja.)

Spuštanje sonde

Odbrojavanje je započelo na uvjetnoj visini od 450 kilometara. Kako je Jupiter sav od plina i nema krute površine od koje bi se računala visina, dogovoreno je da se kao početna razina koristi ona na kojoj tlak iznosi 1 bar (tlak jednak zemaljskom atmosferskom tlaku). Ulaz je započeo u termosferi, području veoma rijetkog plina a visoke temperature (+350 °C). Od tog su mjesta počeli djelovati sondini meteorološki instrumenti za mjerenje gustoće, tlaka i temperature. Osim kompleta meteoroloških instrumenata, sonda je imala i ovo: maseni spektrometar za mjerenje kemijskog sastava neutralne atmosfere; nefelometar – uređaj za ispitivanje aerosola (čestica oblaka); radiometar – uređaj za mjerenje jakosti vidljive i infracrvene svjetlosti; detektor za grmljavinsku svjetlost i radioemisiju; detektor za ionizirajuće čestice viših energija. Na temelju radiosignala koje je od sonde primao orbiter ustanovljena je brzina vjetra na svim dubinama s kojih se sonda javljala. Radi sigurnosti imala je dvostruku radiovezu s orbiterom.

Sonda je prošla dubinom od ukupno 600 km. Nakon prestanka rada, propavši do dubine od 1000 km ispod uvjetne razine, gdje vladaju temperature od 2000 °C i tlakovi od 1000 bara, materijal se ispario i atomi su se pomiješali s Jupiterovima.

Djelovanje orbitera

U vrijeme spusta sonde, orbiter je od nje bio udaljen oko 200 000 km. Uz pomoć glavnog raketnog motora letjelica je prikočila i postala prvim Jupiterovim umjetnim satelitom. Orbiter je imao početnu masu od 2220 kg, od čega je na znanstvene instrumente otpadalo 120 kg, a na raketno gorivo 925 kg. Veći dio orbitera stalno se obrće s 10,5 okretaja u minuti; manji se dio može usmjeriti u objekt. Raketni pogon sastoji se od glavnog motora snage 400 N, te dvanaest mlaznica snage 10 N. Glavni je motor upotrijebljen samo tri puta. Obavlja se 12 znanstvenih eksperimenata.

Da bi ispunio mnogobrojne istraživačke zahtjeve, orbiter mora manevrirati između Jupitera i njegova četiri velika satelita. Pri svakom obilasku Jupitera u pravilu dolazi do jednog bliskog susreta s nekim od satelita. U jednom jednomjesečnom obilasku, na bliski susret otpada tjedan dana. Staza orbitera povremeno raste, a povremeno se smanjuje. To se postiže dijelom uz pomoć malih motora, a dijelom koristeći Jupiterove satelite i učinak praćke. Ovim manevriranjem izbjegavaju se dijelovi Jupiterove magnetosfere u kojoj bi doze radijacije – čestičnog zračenja – bile prevelike. Elektronika letjelice može izdržati zračenja koja bi za čovjeka bila smrtonosna. U opasnim područjima gibaju se sateliti Io i Europa, pa je najbliža točka staze orbitera postavljena izvan Europine staze. Magnetosferu je prva ispitala ista sonda koja je ispitala i atmosferu. Pritom je primila 25 puta snažniju dozu ionizirajuće radijacije od smrtonosne.

Jupiterovu atmosferu i površine velikih satelita Galileo istražuje veoma podrobno pomoću raznih uređaja i s više teleskopa. Slike se dobivaju pomoću teleskopske kamere koja koristi sedam filtara za izradu slika u boji. Veoma je učinkovit spektrometar za izradu mapa koji snima u bliskom infracrvenom području. Fotometar, polarimetar i radiometar mjere jakost zračenja koje odbija površina Jupitera ili dolazi izravno od Sunca, kao i njegovu polarizaciju. Određivanjem toplinskog proračuna Jupitera u cjelini i pojedinih njegovih dijelova prati se atmosferska cirkulacija i izučava planetska meteorologija. Spektrometri za ultraljubičasto zračenje i za daleko ultraljubičasto zračenje ispituju zračenje Jupiterove atmosfere i površine njegovih satelita, a snimili su polarnu svjetlost i na Jupiteru i na Io. Određuju se energije i vrste čestica koje se gibaju u Jupiterovoj magnetosferi, mjeri se temperatura plazme.

Dva magnetometra za mjerenje jakosti magnetskog polja postavljena su na jarbole udaljene od osi vrtnje orbitera za 11 m odnosno 6,7 m.