Galileo

Het ruimtevaartuig is genoemd naar Galileo Galilei, een Italiaans natuurkundige, astronoom, wiskundige en filosoof. Hij bouwde zelf een kijker met Hollandse lenzen (mogelijk van Johannes Lipperhey of Zacharias Jansen). Hij nam bij Jupiter de vier grootste manen waar en ontdekte door nauwkeurig waar te nemen dat ze om de planeet heen draaiden. Dat was voor hem het bewijs dat hij naar een zonnestelsel in het klein stond te kijken. En ook het bewijs dat ons zonnestelsel heliocentrisch was (d.w.z. de zon staat in het midden en de planeten draaien er omheen). Hierdoor kwam hij natuurlijk in conflict met de Katholieke kerk, want de Aarde was het belangrijkst, immers door God zelf geschapen. Volgens die oude inzichten draaiden zon, sterren en planeten daaromheen.

De Galileo missie voerde naar Jupiter. Men begon bij het JPL al met de bouw van Galileo toen de Voyagers nog niet gelanceerd waren. De techniek van Galileo was dan ook wel met die van de Voyagers te vergelijken. De Pionieer 10 en 11 waren al langs Jupiter gescheerd en op die data werd de stralingsbestendigheid van Galileo gebaseerd. Achteraf gezien had men beter op de Jupiter passage door de Voyagers kunnen wachten. Galileo verschilde van de vorige missies doordat de satelliet in een baan om Jupiter zou gaan draaien en bovendien zou men een sonde in de atmosfeer van Jupiter laten afdalen. 

De Galileo missie werd geplaagd door tegenvallers. Hij was gebouwd voor een lancering door de Space Shuttle. Oorspronkelijk zou de satelliet in 1982 door "Columbia" gelanceerd worden, maar het Shuttle programma was vertraagd. Daarna werd de lanceerdatum verschoven van 1984 naar 1985 en tenslotte werd de lanceerdatum geprikt op vlucht STS-61-G, met de Atantis, 1986. De vertraagde laatste lancering van 1985 was de 51-L rampvlucht van "Challenger" in januari 1986.
Daardoor werd de lancering van Galileo opnieuw vertraagd.

In het onderzoek dat na die ramp volgde werd besloten om de veiligheidsnormen strenger te maken. Dit betekende dat de met vloeibare waterstof gevulde Centaur rakettrap niet mee mocht aan boord. Het Galileo team moest het nu doen met de "Inertial Upper Stage" een minder sterke raketmotor met vaste brandstof. Deze motor zou het vermogen leveren om Galileo  uit zijn baan om de aarde richting Jupiter te sturen. Helaas moest het traject volledig aangepast worden. In plaats van een rechtstreeks traject, zoals de Voyagers gevolgd hadden, moest Galileo een aantal passages langs andere planeten maken, om door middel van hun zwaartekracht de gewenste snelheid te bereiken.

Op 18 oktober 1989 werd Galileo vanuit Space Shuttle Atlantis (vlucht STS 34) gelanceerd. Op 10 februari 1990 passeerde Galileo de planeet Venus. Die flyby gaf het eerste zetje. Op 8 december 1990 passeerde hij de aarde. Opnieuw een zetje. Milieubewegingen stonden op hun achterste benen want ook deze sonde had RTG's aan boord, waarin warmte ontstaat door radioactief verval van Plutonium-238 die weer wordt omgezet in energie. Er waren echter voorzorgsmaatregelen genomen om te voorkomen dat er in het geval van een crash van Galileo op aarde de plek besmet zou worden met radioactief materiaal. Hierna vloog Galileo op 29 oktober 1991 langs de planetoïde Gaspra. Dit was een toevallige bijkomstigheid. De grijze band op de tekening rechts laat zien waar de planetoïdengordel zich bevindt. Het is een ring van grote, kleine en heel kleine brokstukken tussen de baan van de aarde en die van de planeet Mars.
Op 8 december 1992 passeerde Galileo opnieuw de aarde. Daarna was de snelheid hoog genoeg om verder rechtstreeks naar Jupiter te vliegen. Onderweg was er een kans om planetoïde Ida te fotograferen. 
Op 8 december begon Galileo zijn werk bij Jupiter, maar voor die tijd was de sonde die in de atmosfeer van Jupiter moest afdalen al afgestoten.

Al snel na de start bleek dat de antenne, die als een paraplu moest uitklappen, dat niet had gedaan. Hij was gedeeltelijk ontplooid en zag er meer uit als een paraplu na een stormvlaag. Mogelijk was het smeermiddel van het systeem in de jaren dat Galileo in opslag stond, verdroogd. Dat had tot gevolg dat de antenne niet bruikbaar was. Men moest genoegen nemen met de antenne die minder versterking bood en eigenlijk bedoeld was voor gebruik dichtbij de aarde.

Dit beperkte de snelheid waarmee gegevens konden worden doorgestuurd, maar uiteindelijk is een groot deel van de missie geslaagd. Verder waren er problemen met de datarecorder aan boord, en had men veel last van de intensieve straling rond Jupiter. Maar zoals altijd zijn de mensen op de grond geweldig in het oplossen van problemen met een ruimtevaartuig dat zich heel ver van ons vandaan bevindt.

Ruimtevaartuig

Galileo bestond uit twee delen. De grote antenne, masten met magnetometers, de twee RTG's (Radioactive Thermonuclear Generators; zie bij de Voyager), het deel met de electronica, etc. draaide met 3,5 omwentelingen per minuut rond zijn as. Het onderste gedeelte met antenne voor de sonde ( probe relay antenna), de sonde zelf en het scanplatform met instrumenten, waaronder de camera in zichtbaar licht, draaide niet. Dat verschil werd veroorzaakt doordat het onderste gedeelte door middel van een motor in tegengestelde richting draaide. Hierdoor leek het stil te staan. De stippellijn in de tekening geeft aan welk gedeelte stil staat (despun) en welk gedeelte draait (spun). Het draaipunt bevindt zich boven de sonde.

In de tekening is ongeveer hetzelfde pakket aan instrumenten te zien zoals dat bij de Voyager aanwezig was, van infrarood tot deeltjes met hoge energie.

Galileo had bij de lancering een massa van 2380 kg. De sonde nam daarvan 339 kg voor zijn rekening. De  sonde had een chemische batterij aan boord die drie uur elektrische energie kon leveren en de orbiter (Galileo zelf) had een voortdurend vermogen van 570 watt, dat door het uitgeput raken van het plutonium-238 langzamerhand minder werd. Vanwege de grote afstand tot de zon was het gebruik van zonnepanelen niet goed mogelijk. Mars is eigenlijk de verste planeet waarbij je nog zonnepanelen kunt gebruiken.
Het Command and Data Handling subsysteem bestond uit zes microprocessoren en het totale geheugen was 144 K in het draaiende gedeelte en nog eens 32 K in het stilstaande gedeelte. De microprocessoren waren gehard tegen de straling en statische elektriciteit. Hiervoor heeft men als basismateriaal silicium op saffier gebruikt.

De standregeling werd uitgevoerd met een hoofdmotor van 400 Newton (voor snelheidsaanpassingen) en 10 kleine straalpijpjes van elk 10 Newton. Als brandstof hiervoor werden monomethylhydrazine en stikstof tetroxide gebruikt. Maar liefst 925 kg bij elkaar. De druk op deze brandstoftanks werd geleverd door twee tanks met een inhoud van 7 kg helium. Helium gas vermengt zich niet met andere stoffen, vandaar.

Camera

SSI- Solid State Imager	Het objectief is ook hier weer een kleine telescoop van het Cassegrain systeem

Galileo was het eerste ruimtevaartuig dat gebruik maakte van een CCD chip. Bij Galileo werd het Solid State Imager genoemd. Solid State wil zeggen dat het op een plaatje silicium is uitgevoerd. Een CCD is veel minder kwetsbaar dan een vidicon buis, dus men had er vertrouwen in dat slechts één camera voldoende was. De Galileo missie was geen flyby, maar een die vanuit een baan om de planeet het oppervlak en de manen waarnam vanaf een (grote) afstand. Daarom ontbreekt een groothoek camera. De tekening hierboven laat zien dat de CCD ingesloten is door een tien milimeter dikke omkapseling met het metaal tantalium. Deze omkapseling dient om de camera te beschermen tegen de intense straling bij Jupiter. Verder doet de Galileo camera veel aan de camera van de Voyager denken, dus een correctielens waardoor de stralen op een spiegel geworpen worden die op zijn beurt de stralen weer naar een tweede spiegel kaatst die zich op een van de correctielenzen bevindt. Die spiegel kaatst de stralen tenslotte naar de CCD.

Het filterwiel had 8 posities met filters voor het bereik 400 tot 1100 nanometer. De camera woog bijna 30 kg en gebruikte slechts 15 W energie. Ook hier was het beeldveld - net als in de Voyager en vele andere ruimtevaartuigen- 800 bij 800 pixels groot. De brandpuntsafstand was wederom 1500 mm en dus ook een regelrechte afstammeling van Voyager. De camera had 28 vaste belichtingstijden tussen de 0,004 en 51,2 seconden.
De CCD werd vervaardigd door Texas Instruments. Uit de duizenden die er gemaakt zijn, kwamen er twee die geschikt waren voor de missie. En een ervan vloog daadwerkelijk naar Jupiter.

De Sonde

De sonde zelf, los van het hitteschild	De sonde landt aan een parachute in de atmosfeer van Jupiter en het hitteschild wordt afgeworpen.

De sonde werd onderaan de Galileo meegevoerd. Ernaast zat een antenne die bedoeld was om de gegevens van de sonde tijdens de afdaling in de atmosfeer op te vangen en weer via de Galileo naar de aarde te zenden. De sonde was gebouwd door Hughes Aircraft Company, Californië. De middellijn was 1,2 m. In juli 1995 werd de sonde afgestoten, vijf maanden voor de aankomst van Galileo zelf. 
De sonde kon tegen een stootje: tijdens de aankomst in de buitenste lagen van de atmosfeer van Jupiter bedroeg de snelheid 47,8 kilometer per seconde. Dat is echt snel. De afremming door de atmosfeer veroorzaakte krachten van 230 G. Dat wil zeggen dat de sonde kortstondig 230 maal zoveel woog als normaal. Bij 9 G wordt een F-16 piloot al bijna bewusteloos! Het hitteschild moest de wrijvingswarmte doorstaan. Doordat het materiaal afbrandde veroorzaakte dat toch genoeg koeling om de sonde te beschermen . Van de 152 kg die het hitteschild woog, verbrandde 80 kg bij de afremming. Daarna werd een parachute van 2,5 meter middellijn ontplooid en daalde de sonde langzaam af in de atmosfeer. Een reis van 156 km in de buitenste lagen. Dat is op de reuzenplaneet maar een klein stukje, maar toch leerzaam.

Twee zenders stuurden gegevens door met een snelheid van 128 bits per seconde. De sonde deed metingen aan de volgende zaken:

• temperatuur, druk en vertraging
• waarnemingen met de spectrometer
• apparatuur om de samenstelling van de atmosfeer te meten
• onderzoek naar wolken en deeltjes van wolken
• onderzoek naar radiostraling van Jupiter
• onderzoek naar bliksem in de atmosfeer

De totale oogst was 3,5 megabits aan informatie. Wat heeft men geleerd?

• De atmosfeer was iets heter en turbulenter dan men vooraf gedacht had.
• De atmosfeer bevat waterstof en helium
• Er zijn gassen zoals methaan, waterstof, ammoniak en enkele silicium verbindingen (die door de grote zwaartekracht niet de ruimte in drijven...)
• Kleine hoeveelheden ethaan, acetyleen, waterstofsulfide, zuurstof, neon, fosfine en zwavel verdwijnen wel uit de dampkring.

Na iets meer dan een uur stopte de sonde met uitzenden. De hitte en de druk hebben een einde gemaakt aan het functioneren van de sonde. Hij is gewoon verdampt en maakt nu deel uit van Jupiter.

Verloop van de missie

Na de eerste passage van de aarde passeerde Galileo op 8 december 1990 de planetoide 951 Gaspra. Op 28 augustus vloog Galileo -na de tweede passage van de aarde en op weg naar Jupiter- langs de planetoïde 243 Ida. Deze laatste bleek een kleine maan te hebben.

planetoide 951 Gaspra. Afmetingen 18,2x10,5x8,9 km. De kleuren zijn overdreven.	planetoide 243 Ida, met rechts de ontdekte maan Dactyl. Gemiddelde diameter: 31,4 km; Dactyl heeft een middellijn van  1,4 km.

Galileo heeft de nodige tegenslagen gekend. Misschien heeft dat te maken met de jaren dat het ruimtevaartuig in opslag stond, vanwege de steeds uitgestelde lancering. De antenne is al genoemd. Men heeft van alles gedaan om hem op afstand los te krijgen. Gelukkig heeft men de kleinere antenne met lagere versterking kunnen gebruiken. Dat betekende dat het signaal zwakker werd en de gegevensstroom lager. Oorspronkelijk zouden er slechts 134 kilobit per seconde kunnen worden uitgezonden. Voor tegenwoordige begrippen uiterst laag natuurlijk, maar toen niet. Door de kleine antenne konden maar 8 tot 16 bits per seconde geperst worden. Maar door de 70 meter grote antennes van het Deep Space Network van gevoeliger ontvangers te voorzien en met meerdere antennes tegelijk te luisteren kon men de luistersnelheid opvoeren tot 160 bits per seconde. Nadat men erin geslaagd was met software aan boord van de Galileo de datastroom te comprimeren, lukte het zelfs om de 1000 bits per seconde te halen.

Alle gegevens werden opgeslagen op een bandrecorder. Helaas liep die in oktober 1995 vast tijdens het terugspoelen. En de recorder bleef 15 uur lang terugspoelen, wat niet goed was voor de band. Na 15 uur ontdekte men pas wat er aan de hand was. Het eind van die band werd als onbruikbaar aangemerkt. Inmiddels was Galileo bij Jupiter aangekomen, klaar om een baan rond de planeet in te nemen. Door de problemen met de recorder offerde men de waarnemingen van Io en Europa op om de gegevens van de sonde te kunnen opnemen tijdens de afdaling in de atmosfeer.

In november 2002 gaf de  recorder weer problemen, nu veroorzaakt door de sterke straling bij Jupiter. De enige meetgegevens van de Jupitermaan Amalthea stonden al op de tape, maar die was niet meer af te spelen. Na 100 uur van "behandelen" was de recorder weer bruikbaar, maar kon maximaal een uur achter elkaar gebruikt worden. De Amalthea gegevens konden worden gered en kwamen goed op Aarde aan.

In het begin van de jaren 2000 raakte de brandstof op en ook had de sterke straling rond Jupiter zijn tol geëist. Galileo's missie zat erop na 35 omlopen. Omdat het ruimtevaartuig niet gesteriliseerd was, ontstond er bezorgdheid over het feit dat de sonde ooit op de maan Europa zou kunnen neerkomen. En als men daar ooit naar vormen van leven zou willen zoeken, moet je het er zeker niet zelf brengen! Daarom besloot men om hem  op Jupiter te laten botsen , waarna hij op 21 september 2003 met een vaart van 173.000 km/h in de atmosfeer dook en verbrandde.

Resultaten

Dit zijn de resultaten van de Galileo missie in een notendop:

• De Galileo deed de eerste waarneming van ammoniakwolken op een andere planeet. Die ammoniakijsdeeltjes ontstaan door materiaal dat dieper uit de atmosfeer komt.
• Er werd bewezen dat de maan Io een uitzonderlijke vulkanische activiteit bezit die 100 maal groter is dan het vulkanisme op aarde.
• Ingewikkelde interacties van plasma in de atmosfeer van Io wekken een enorme elektrische stromen op die zich aan de atmosfeer van Jupiter koppelen.
• Het lijkt erop dat de theorie dat er vloeibare oceanen bestaan onder het oppervlak van Europa waar is.
• De maan Ganymedes heeft een eigen, sterk magnetisch veld. Het is de eerste maan waarbij dat is ontdekt.
• Magnetische gegevens bewijzen dat Europa, Ganymedes en Callisto een vloeibare zoutwaterlaag onder hun zichtbare oppervlak bevatten.
• Er bestaat bewijs dat Europa, Ganymedes en Callisto alle een dunne atmosferische laag bezitten.
• De ringen van Jupiter zijn samengesteld uit stof dat opgeworpen is tijdens de inslagen van meteorieten op de vier binnenste manen van de planeet. De buitenste ring bestaat eigenlijk uit twee ringen, waarbij de ene zich binnen de andere bevindt. Er is waarschijnlijk nog een ring langs de baan van Amalthea.
• De Galileo stelde de globale structuur en dynamica van de enorme magnetosfeer van Jupiter vast.

En natuurlijk leverde het ook weer prachtige plaatjes op:

Op een van de passages maakte Galileo deze opname van de aarde...	...en de maan
De vier manen die het dichtst rond Jupiter draaien, Io, Europa, Ganymedes en Callisto
De maan Amalthea	De inslagkrater "Pwyll" op de Jupitermaan Europa. Het is een van de jongste kraters op het oppervlak. De krater is 26 km in diameter  en ongeveer 600 meter hoog. Waarschijnlijk bevindt zich een oceaan onder het oppervlak van Europa.  De maan is zo interessant omdat er misschien bouwstenen voor het  ontstaan van leven onder het oppervlak te vinden zijn. Europa is in  elk geval een maan die zeker ooit met een sonde bezocht gaat worden!
Tvashtar Catena, een actief vulkanisch gebied op Io. Binnen enkele maanden heeft de lavastroom zich verlegd.	Tvashtar Paterae is een vulkanisch actief gebied op de noordpool van Io. Deze animatie laat uitbarstingen zien. Deze opname is niet van Galileo, maar gemaakt door het New Horizons ruimtevaartuig, dat in 2015 Pluto passeerde. Het is nu op weg naar de Kuiper gordel, nog anderhalf miljard km te gaan.

Hans Walrecht

De complete Beelden uit de Ruimte" website is te vinden op http://www.hansonline.eu/