"2001: A Space Odyssey" Vänd 50: Varför har inte människor varit i Jupiter än?

Det var för 50 år sedan igår (2 april) att en känd dator som kallades HAL utbröt kaos på ett bemanat rymdskepp på väg till Jupiter. Den fiktiva berättelsen, baserad på en Arthur C. Clarke-roman, heter "2001: A Space Odyssey", och det var en av de främsta filmerna i den tidiga rymdåldern.

När "2001" släpptes, var USA i mitten av en episk tävling för att landa människor på månen - en prestation som nationen uppnådde bara ett år senare, den 20 juli 1969. Men Jupiter förblev ett objekt som endast kunde ses genom teleskop . Det första rymduppdraget till Jupiter - en robot en självklart - var Pioneer 10, som flög över planeten 1973.

Flera robot rymdskepp flög av Jupiter efter det, och två fastnade runt jorden för ett tag. Den första var NASAs Galileo-uppdrag, som kretsade gasjätten mellan 1995 och 2003. Idag utförs Jupiter-vetenskapen av NASA: s Juno rymdfarkoster, som kom i omlopp i 2016. [Dangling on a Wire: A Tale from Making of 2001 ' ]

Men hur är det med människor? Varför är vi inte där ute än?

Förutom rymdfinansiering och prioriteringar - NASA är upptagen med Internationella rymdstationen (ISS) just nu och har till uppgift att återvända astronauterna till månen nästa, och sedan vidare till Mars - det finns en stor hälsoproblem: Jupiters otäcka strålningsmiljö. Juno överlever tack vare intensiv avskärmning, men även det kommer bara att vara så länge.

NASAs strålningsriktlinjer tillåter för närvarande astronauterna att tillfalla doser som skulle öka sin livstidscancerrisk med upp till 3 procent. Tidigare mätningar från NASAs nyfikenhetsrover föreslår att ett 860-dagars bemanat Mars-uppdrag - som består av en 180-dagars utgående kryssning, en 500-dagars vistelse på Red Planet och en 180-dagars returresa - skulle utsätta astronauterna för totalt 1,01 sieverter av strålning, som är förknippad med en 5-procentig ökning av cancerrisken.

Men Jupiters strålningsmiljö kan vara sämre än Mars. Vid Jupiter kan det bästa fallet för att undvika farlig strålningsexponering vara att arbeta i isen i Jupiters havslandande mån Europa; en potentiell sond skulle det få en stråldos på 0,3 sieverts per år, enligt en 2016-studie. (Det hypotetiska Mars-uppdraget som diskuteras ovan skulle ge en dos av 0,43 sieverts per år.) Men miljön skulle vara mycket mindre vänlig på Europas yta, eller i Jupiters intensiva strålningsband.

Personer som utsätts för höga halter av strålning kan uppleva akuta symtom som illamående, desorientering och håravfall, och till och med död, enligt Mayo Clinic. Men att lägga till avskärmning till en rymdfarkost för att förhindra strålningsexponering skulle göra rymdfarkosten extremt tung, vilket ökar startmassan och komplikationerna. Det kan ta mer avancerad teknik att konstruera rätt skärmning för rymdfarkoster, eftersom nuvarande lösningar innebär att man använder stora mängder vatten till exempel.

Juno huvudforskare Scott Bolton, från Southwest Research Institute i Texas, sa att det var någon gång i slutet av 1960-talet eller 1970-talet som forskare började lära sig hur farligt strålningsbanden är hos Jupiter. "Back in '68 visste vi förmodligen att det fanns radioemissioner och det fanns ett magnetfält, men jag tror inte att någon hade relaterat den till en riktigt svår miljö", sa han till ProfoundSpace.org.

Även under 1980-talet, när Galileo rymdfarkoster konstruerades, underskattade ingenjörer hur intensiv strålningsmiljön var, sade Amy Simon, en senior forskare för planetariska atmosfären på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

"Det var [[miljön] ganska intensivt", säger Simon, som har publicerat papper som granskar Galileo-data. "Vi hittade med Galileo-uppdraget att varje gång vi kom nära [Jupiter's Moon] Europa eller Jupiter rymdes rymdfarkosten" [dvs. kämpar för att göra sitt arbete]. Det var inte klart för den miljön. förändrade vår syn på hur vi bygger vårt rymdfarkoster och vår elektronik. "

Strålning är bara en utmaning kolonister skulle möta; de skulle också behöva ta med sig sitt eget vatten, ta reda på var man ska slösa bort och möta långa kommunikationsförseningar när man försöker prata med människor tillbaka på jorden. Vissa tekniker som kan vara till hjälp, till exempel behandling av urin för astronauter att dricka, testas redan på ISS. Kommunikationsfördröjningar kan också testas på det bana komplexet snart; astronauterna har redan provat tekniker för att mildra dessa problem under NASA Extreme Environment Mission Operations sorterar under vattnet.

"Mycket lysande, fantasifulla"

Bolton var en barndomsfläkt av Clarke och kommer ihåg att titta på filmen "2001." Innan han blev rymdfysiker var Bolton en ivrig science-fiction-läsare i gymnasiet. han var en del av science-fiction bokklubben där. "Clarke var en av mina favoritförfattare, han var väldigt exakt och mycket lysande, fantasifull. Han tänkte på fysiken, och jag var verkligen kopplad till det," återkallade Bolton.

Bolton träffade Clarke, som dog 2008 i åldern 90, flera gånger genom rymden och NASA-händelser. En av Boltons mest minnesvärda möten fick Clarke att underteckna en kopia av boken "2001" under det faktiska året 2001. (Clarke lade naturligtvis till året till sin underskrift.)

Bolton kallade mötet ett "roligt sammanträffande", eftersom ingen visste då då att Bolton skulle leda ett uppdrag till Jupiter - och här Clarke var, undertecknade en bok om ett uppdrag till Jupiter. Men Bolton minns att berätta för Clarke hur stor en fan han var. "Jag sa till honom att han hade påverkat mitt liv och så vidare", sa Bolton.

Simon kommer också ihåg att titta på filmen som barn, även om det var några år efter filmens release."Jag förstod det inte alls", sa hon, men filmens komplicerade plot var tvingande nog att hon såg det flera gånger - och läste boken.

Ändra förståelse

Jupiter har en så komplicerad miljö att rymdforskare fortfarande lär sig mycket om planeten idag. Simon tittar på Jupiter en gång per år genom Hubble rymdteleskopets Outer Planets Atmospheres Legacy (OPAL) program, som samlar observationer på solsystemets yttre planeter årligen. (Observationer av Saturnus kommer dock bara att starta i år, eftersom Cassini rymdfarkoster arbetade där fram till 2017.)

"Jag tror vad vi har lärt oss om Jupiter-systemet är, det är så dynamiskt", sa Simon. Ett dramatiskt exempel på detta ägde rum 1992-1994, när Comet Shoemaker-Levy 9 bröt upp runt Jupiter och dess bitar slog in i gasjättens atmosfär. "Det fick oss att inse att solsystemet fortfarande förändras, och det är inte helt klart och statiskt", sa hon.

Mer observationer av Jupiter avslöjade förändringar i atmosfären, sa Simon. Den berömda Great Red Spot stormen krymper, byter färg och kan försvinna relativt snart. Moln flytta, och de berömda band av Jupiter flytta. Forskare försöker fortfarande förstå Jupiter väder, tillade Simon, men det är svårt eftersom OPAL tittar på Jupiter bara en gång varje jordår. Eftersom Jupiters omlopp är ungefär tolv år gammal jämförde Simon situationen med att försöka titta på jorden en gång i månaden och sedan göra väderprognoser utifrån dessa data.

Även Junos korta tid på Jupiter har visat många överraskningar, sa Bolton. För en, planetens atmosfär, inklusive stormar som Great Red Spot, verkar gå ner extremt djupt. Forskare har upptäckt mer information om Jupiters auroror och polära cykloner. Även den inre strukturen ser annorlunda ut än vad forskarna förväntade sig.

"Vi trodde att det skulle finnas en liten kärna, eller ingen kärna av stenigt material," Bolton sa. "Nu fann vi att [kärnan] är enorm och kanske delvis upplöst."

Jupiter, jätte i vårt solsystem, är lika fascinerande som fotogen. Hur mycket vet du om planetenes kung?

Och det finns andra uppdrag som planeras till Jupiter-systemet under 2020-talet. Dessa uppdrag kommer att fokusera på en annan framväxande forskningslinje: isiga månar. Det var först efter att Voyager 1 och 2 flög vid Jupiter år 1979 att forskare insåg att månen Europa troligen hade ett hav under isen. Nu antas Jupiter månar Ganymede och Callisto också ha hav. Under de senaste åren upptäckte Hubble-forskare även sprutar om möjlig vattenutjämning från Europa.

Europeiska rymdorganisationens JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) uppdrag är planerat att starta 2022 och anlända 2029 för att undersöka Ganymede, Callisto och Europa. NASA arbetar under tiden med ett Europa Clipper-uppdrag som förväntas starta någon gång under 2020-talet.