La primera misión europea que estudiará Júpiter ya está en el espacio. El 14 de abril de 2023 a las 12:14 UTC el penúltimo cohete Ariane 5 de la historia despegó desde la rampa ELA-3 (Ensemble de Lancement Ariane 3) del centro espacial de Kourou (Guayana Francesa) o CSG (Centre Spatial Guyanais) en la misión VA260 (Vol Ariane 260) con la sonda JUICE de la Agencia Espacial Europea (ESA), una misión destinada a estudiar Júpiter y sus satélites galileanos (Ío, Europa, Ganímedes y Calisto), con especial énfasis en Ganímedes y Calisto. El lanzamiento estaba planeado para el 13 de abril, pero tuvo que ser retrasado un día por culpa de las malas condiciones meteorológicas en Kourou. El despegue fue impecable y 27 minutos y 45 segundos después JUICE se separó de la segunda etapa ESC del Ariane 5 una vez alcanzada una trayectoria hiperbólica de escape, con una inclinación ecuatorial inicial de 3º y una velocidad de exceso en el infinito de 2,5 km/s. En estos momentos, JUICE se encuentra en órbita solar lista para comenzar su largo viaje de ocho años hacia el sistema de Júpiter, donde estudiará el gigante joviano y los satélites galileanos desde 2031 hasta 2035. Para llegar a Júpiter, JUICE recorrerá cinco mil millones de kilómetros y realizará cuatro maniobras de asistencia gravitatoria: tres con la Tierra y una con Venus.

JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) es la primera sonda espacial europea que estudiará Júpiter y la primera misión de la ESA que viaja en solitario al sistema solar exterior (la sonda Huygens que estudió Titán iba acoplada a la sonda Cassini de la NASA). También será la cuarta sonda que orbite Júpiter después de las misiones Galileo, Juno y Europa Clipper (aunque esta última nave todavía no ha despegado, llegará antes que JUICE a Júpiter). En diciembre de 2034 JUICE se convertirá en la primera sonda que orbite Ganímedes, el mayor satélite de Júpiter y del Sistema Solar, aunque no será la primera misión que orbitará un satélite de otro planeta, ya que antes la sonda japonesa MMX se colocará en órbita alrededor de Fobos. JUICE llegará a Júpiter en julio de 2031 y hasta noviembre de 2034 realizará 35 sobrevuelos de Europa, Ganímedes y Calisto. En concreto, 2 sobrevuelos de Europa, 12 de Ganímedes y 21 de Calisto. La prioridad es el estudio remoto de los océanos internos de estas lunas. En diciembre de 2034 la sonda se situará en órbita alrededor de Ganímedes, donde permanecerá hasta septiembre de 2035. JUICE estudiará el sistema joviano junto con la sonda NASA Europa Clipper, que despegará en octubre de 2024, pero, al usar un potente Falcon Heavy, llegará antes que JUICE a Júpiter, en abril de 2030.

JUICE es una sonda de 6,2 toneladas (según la ESA, pero 5963 kg al lanzamiento según ArianeGroup) construida por Airbus Defence and Space para la ESA. La masa en seco es de 2420 kg y la de los propergoles hipergólicos es de unas 3,65 toneladas (2,86 toneladas según otras fuentes), mientras que los diez instrumentos científicos alcanzan unos 280 kg (219 kg según otras fuentes). La sonda tiene una estructura en forma de prisma rectangular, con una forma similar a la de un satélite geoestacionario de comunicaciones, de 2,86 x 4,09 x 4,35 metros. Tiene un cilindro interno de 1,4 metros de diámetro donde se encuentran los dos tanques de propergoles, cada uno de 1622 litros. Una vez desplegados los paneles solares y los mástiles de los instrumentos, su envergadura será de 27,1 metros, mientras que las dos antenas de radar RIME tendrán una envergadura de 16,8 metros y, con el magnetómetro, la sonda medirá 13,7 metros en otra dirección. Además del mástil del magnetómetro y las dos antenas del radar, JUICE dispone de tres mástiles de 2,5 metros para el instrumento RPWI.

Hasta ocho empresas españolas han participado en la construcción de JUICE, entre las que podemos citar Elecnor Deimos, GMV o Sener. La nave está equipada con los mayores paneles solares jamás diseñados para una sonda espacial, con una superficie de 85 metros cuadrados y un total de 23560 celdas solares individuales (originalmente iban a ser mayores, de 97 metros cuadrados, pero se logró reducir sus dimensiones gracias a los avances en células fotovoltaicas). Con los paneles desplegados, JUICE tiene una envergadura de 27,1 metros. Cada panel está dividido en cinco secciones de 2,5 x 3,5 metros cada una. Este enorme tamaño es necesario para permitir que la sonda funcione a casi 750 millones de kilómetros del Sol. Los paneles son capaces de proporcionar una potencia eléctrica mínima de 725 vatios en Júpiter (según la ESA la potencia media generada durante la misión será de 850 vatios) y han sido construidos por la empresa italiana Leonardo Space. JUICE ha sido diseñada para consumir tan solo 180 vatios de media en un momento dado (230 vatios en órbita de Ganímedes), por lo que no todos los instrumentos podrán funcionar al mismo tiempo. También dispone de un conjunto de baterías para sobrevivir a los eclipses de hasta 4,8 horas que se encontrará a lo largo de su misión.

La nave dispone de una capacidad de almacenamiento interno de 1,25 Tb y se espera que la transferencia de datos diaria pueda alcanzar entre 2 y 1,4 Gb por día a través de la antena de alta ganancia fija —FHGA (Fixed High Gain Antenna), de 2,54 metros de diámetro—, y la antena de ganancia media orientable. Hasta el 20% del volumen de datos estará dedicado a las imágenes de la cámara JANUS. Cada sesión de comunicación diaria tendrá una duración máxima de 8 horas. Al carecer de RTGs o RHUs de plutonio-238 como otras sondas espaciales dirigidas al Sistema Solar exterior, JUICE deberá controlar con mucho cuidado su temperatura, que podrá alcanzar desde los 250 ºC en la órbita de Venus hasta los -110 ºC en Júpiter (incluso podrá llegar a los -230 ºC). Para ello, la nave va equipada con 500 mantas de protección térmica con una masa total de 100 kg (un récord para la ESA). Las mantas interiores están hechas de poliéster aluminizado, mientras que las exteriores están fabricadas con MLI (Multi-Layer Insulation), formadas por 25 capas de poliimida, con una superficie total de 40 metros cuadrados. Las capas de MLI son similares a las empleadas en el observatorio Gaia y el telescopio espacial Euclid. El material oscuro que se usa en el exterior de la sonda es kapton 160XC negro revestido con SatMet.

Como curiosidad, la sonda europea incorpora una manta de protección térmica con una copia del Sidereus nuncius (‘el mensajero de las estrellas’), la obra en la que Galileo anunció las primeras observaciones de los satélites galileanos de Júpiter. Según Airbus, es un homenaje a Galileo y a los cerca de quinientos trabajadores de la empresa que han contribuido a esta compleja misión (no cabe duda de que se trata de un bonito detalle, aunque personalmente echo en falta la presencia de otros elementos de este tipo para aumentar el interés del público). En la construcción y desarrollo de JUICE han colaborado más de dos mil personas de 23 países, una verdadera odisea de cooperación internacional. La misión ha costado unos 1600 millones de euros, una cifra relativamente baja teniendo en cuenta la complejidad de la sonda.

Cuando la sonda esté cerca de la órbita de Venus podrá colocarse con una inclinación de los paneles solares de hasta 70º para evitar el sobrecalentamiento del vehículo. El resto del tiempo la prioridad es que los paneles apunten perpendicularmente al Sol para generar el máximo de electricidad. JUICE tiene un motor principal hipergólico de 425 newton de empuje que se usará para las críticas maniobras de inserción orbital alrededor de Júpiter (JOI) y Ganímedes (GOI), además de cuatro pares de propulsores de 20 newton de empuje para control de posición y que también pueden ser usados como reserva del motor principal en caso de problemas. Seis pares de pequeños propulsores de 10 newton sirven para realizar pequeños cambios en la posición del vehículo. El sistema de propulsión está presurizado mediante helio procedente de dos tanques. La Delta-V total de la sonda es de unos 2,7 km/s. JUICE solo realizará dos sobrevuelos de Europa y ninguno de Ío debido a las altas dosis de radiación que se encuentran en la zona más interna del sistema joviano. Pese a todo, la electrónica de la sonda se halla dentro de una zona especialmente blindada para minimizar los efectos de la radiación. La mayor parte de este blindaje se ha añadido para poder efectuar los dos sobrevuelos de Europa de forma segura.

En un principio JUICE debía haber despegado entre mayo y junio de 2022, lo que habría permitido llegar a Júpiter en siete años y medio —en octubre de 2029— tras tres sobrevuelos de la Tierra, uno de Venus y uno de Marte. Lamentablemente, la misión se retrasó a abril de 2023 por culpa, entre otros factores, de la pandemia de covid, por lo que su trayectoria, ahora de tipo EVEEGA, requerirá ocho años para llegar al gigante gaseoso. JUICE efectuará un sobrevuelo de la Tierra en agosto de 2024 y un sobrevuelo de Venus en agosto de 2025 a una distancia mínima de unos diez mil kilómetros. Las siguientes asistencias gravitatorias se efectuarán mediante sobrevuelos de la Tierra que tendrán lugar en septiembre de 2026 y enero de 2029, respectivamente, a una distancia de entre 1000 y 3500 kilómetros. JUICE se colocará en órbita de Júpiter en julio de 2031 y hasta noviembre de 2034 realizará 35 sobrevuelos de Europa, Ganímedes y Calisto, a una distancia de unos 400 kilómetros.

Tras la inserción orbital alrededor de Júpiter (JOI), JUICE realizará tres sobrevuelos de Ganímedes —entre 300 y 1400 kilómetros de distancia— y uno de Calisto a 2200 kilómetros. Luego veremos una de las fases más importantes de la misión: los dos sobrevuelos de Europa, que ocurrirán con una diferencia de tan solo 14 días y en cada uno se almacenarán unos 73 Gb de datos, por lo que serán necesarios más de tres meses para enviarlos a la Tierra. Tras estos dos sobrevuelos, JUICE comenzará una fase en la que irá incrementando la inclinación de su órbita hasta los 28º para estudiar mejor la estructura tridimensional de la magnetosfera de Júpiter y las latitudes más altas del planeta, una de las ventajas de esta misión (Europa Clipper no alcanzará órbitas tan inclinadas). Para lograrlo, la sonda efectuará hasta diez sobrevuelos de Calisto a 200 kilómetros de distancia. Luego se llevará a cabo el ajuste de la órbita para entrar en órbita alrededor de Ganímedes, para lo cual serán necesarios varios sobrevuelos del propio Ganímedes y unos tres de Calisto a unos 800 kilómetros. Entre diciembre de 2034 y septiembre de 2035 JUICE orbitará Ganímedes, primero durante 150 días en una órbita elíptica de 200 x 10000 kilómetros y, posteriormente, en una órbita circular de 5000 kilómetros y, por último, una órbita circular final de 500 kilómetros de altitud. Esta órbita no es estable y JUICE necesitará gastar combustible para mantenerla. Una vez se agote el combustible, la sonda se estrellará a alta velocidad contra la superficie helada de Ganímedes.

JUICE incluye diez instrumentos científicos que hacen de esta nave la más avanzada jamás lanzada al sistema solar exterior. Los instrumentos ópticos (JANUS, UVS, GALA o MAJIS) están situados para que apunten a la misma zona del cielo. Los instrumentos cuentan con la colaboración de otros países no pertenecientes a la ESA, como Israel, Japón o Estados Unidos:

• JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator): se trata de una cámara multiespectral que obtendrá espectaculares imágenes de Júpiter y sus lunas, capaz de alcanzar una resolución que va desde los 400 metros por píxel a un máximo de 2,4 m/píxel (para las características de la atmósfera de Júpiter la resolución máxima será de 9 kilómetros por píxel). Ha sido desarrollada principalmente en Italia, con colaboración de Alemania, España (CSIC-IAA) y Reino Unido. La óptica tiene un diámetro de 10 centímetros y una longitud focal de 46,7 centímetros. Incluye 3 espejos y 13 filtros (5 de banda ancha y el resto de banda estrecha) que cubren las longitudes de onda de 0,34 a 1,08 micras. El campo de visión es de 1,29º x 1,72º. JANUS fotografiará el 55% Europa a menos de 3 kilómetros por píxel, el 3,2% a menos de 400 metros por píxel y el 1,1% a menos de 200 metros por píxel, mientras que en algunas zonas se podrán alcanzar los 10 metros por píxel. El 100% de la superficie de Ganímedes se podrá ver a 400 metros por píxel y un 3% a una resolución superior de 24 m/píxel, además de 60 zonas específicas que se estudiarán a 2,4 m/píxel (desde la órbita de 500 kilómetros de altura la resolución será de 7 m/píxel). En Calisto, JANUS obtendrá un mapa de toda la superficie a menos de 2 kilómetros por píxel y un 14% de la superficie a menos de 400 m/píxel, con algunas zonas a una resolución máxima de 10 m/píxel. El investigador principal (PI) de JANUS es el italiano Pasquale Palumbo.

• RIME (Radar Sounder for Icy Moons Exploration): es un radar de baja frecuencia (9 MHz) destinado a estudiar la corteza de hielo de Europa, Ganímedes y Calisto hasta unos 9 kilómetros de profundidad, con una resolución vertical de 30 metros. RIME permitirá poner un límite inferior al espesor de las cortezas de hielo, algo especialmente crítico en el caso de Europa. RIME usará dos antenas de 8 metros de longitud cada una. El PI de este instrumento liderado por Italia, que cuenta con colaboración de la NASA, es Lorenzo Bruzzone.

• MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer): un espectrómetro que opera en el visible y en el infrarrojo cercano (de 0,5 a 5,54 micras). Su objetivo es complementar a la cámara JANUS obteniendo información sobre la composición de los objetos estudiados. Para operar en el infrarrojo, MAJIS necesita ser refrigerado hasta los -180 ºC mediante radiadores. Incluye 28 lentes y espejos. MAJIS ha sido desarrollado principalmente en Francia, con colaboración de Italia, y su PI es François Poulet.

• SWI (Submillimetre Wave Instrument): un espectrómetro submilimétrico destinado a estudiar la atmósfera superior de Júpiter, aunque también servirá para analizar la tenue «atmósfera» alrededor de los satélites galileanos. Operará en el rango de 250 a 520 micras. Liderado por Alemania, el PI es Paul Hartogh.

• UVS (Ultraviolet Spectrograph): espectrómetro ultravioleta para estudiar la atmósfera joviana y sus auroras, además de los satélites galileanos. Se trata de un instrumento de la NASA a cargo del SwRI y su PI es Randy Gladstone. Funciona en el rango de 55 a 210 nanómetros y tiene un campo de visión de 7,5º. Está basado en los UVS de las sondas Rosetta, New Horizons y Juno.

• J-MAG (JUICE Magnetometer): magnetómetro de la misión. Estudiará el campo magnético de Júpiter y de Ganímedes —este último generado por su océano interno—, aunque también permitirá analizar indirectamente los océanos internos de Europa y Calisto. El instrumento incluye los magnetómetros MAGIBS y MAGOBS, situados en el extremo de un mástil de 10,5 metros. Tiene una precisión de hasta 1 picotesla. Es un instrumento liderado por Reino Unido y su PI es Michele Dougherty.

• GALA (Ganymede Laser Altimeter): altímetro láser para levantar mapas topográficos de las lunas de Júpiter, especialmente de Ganímedes. El láser (de tipo Nd:YAG) tiene una longitud de onda de 1064 nanometros. El instrumento tiene una potencia de 52 vatios, una masa de 15 kg y usa una óptica con un telescopio Cassegrain dotado de un espejo de 30 centímetros de diámetro. GALA se basa en la experiencia de altímetros láser japoneses usados en la misión lunar Kaguya y en las dos sondas Hayabusa. El módulo PCM de GALA ha sido construido en España. El PI de este instrumento desarrollado en Alemania con colaboración japonesa es Hauke Hussmann.

• 3GM (Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons): un experimento de radio para medir con precisión los campos gravitatorios de los satélites galileanos y estimar su estructura interna. Para ello, 3GM usará un oscilador USO (Ultra-Stable Oscillator), un acelerómetro HAA (High Accuracy Accelerometer) y un transpondedor en banda Ka (KaT). El PI de este instrumento liderado por Italia es Luciano Iess.
• PEP (Particle Environment Package): estudiará las partículas alrededor de Júpiter. Incluye seis sensores diferentes desarrollados en Japón, Alemania, Suiza, Suecia y Estados Unidos que estudiarán los electrones, cationes, aniones, partículas neutras y el plasma de los alrededores de Júpiter y sus lunas. Podrá analizar partículas con energías inferiores a 0,001 electronvoltios hasta más de 1 MeV. Su PI es el sueco Stas Barabash.

• RPWI (Radio and Plasma Wave Instrument): instrumentos que cuenta con colaboración de la JAXA japonesa para estudiar las ondas de plasma y el campo magnético de Júpiter y Ganímedes. Incluye cuatro sondas Langmuir (LP) situadas en el extremo de respectivos mástiles separados de 2,5 metros de largo, con una estructura tetraédrica. El PI es el sueco Jan-Erik Wahlund.

Además de estos instrumentos tenemos el experimento PRIDE, que usará interferometría de muy larga base (VLBI) para determinar la posición precisa de JUICE en el sistema joviano, y el monitor de radiación RADEM (RADiation-hard Electron Monitor) para medir el flujo de electrones de alta energía.

¿Por qué JUICE se centrará en Ganímedes en vez de Europa, que es el mundo más interesante con diferencia desde el punto de vista astrobiológico? La razón es que JUICE nació originalmente en la primera década de este siglo como parte de una misión conjunta con la NASA. La agencia estadounidense debía aportar una sonda denominada JEO (Jupiter Europa Orbiter) para el estudio de Europa, mientras que la ESA aportaría la sonda JGO (Jupiter Ganymede Orbiter), que, como su nombre indica, orbitaría Ganímedes. La misión ESA-NASA fue conocida como EJSM-Laplace (sin duda, Laplace es un nombre mucho mejor que JUICE y debería haberse mantenido). Pero la NASA decidió cancelar de forma unilateral la ambiciosa sonda JEO y dejó sola a la ESA con JGO, que, pese a todo, siguió adelante con la misión, aunque hubo que replantear algunos objetivos de la misma. Como resultado, se decidió añadir los dos sobrevuelos de Europa para aumentar el interés científico del proyecto según los criterios de la comunidad científica internacional. Tras renacer como JUICE, en mayo de 2012 fue seleccionada como la primera misión de tipo L (large), L1, de la ESA dentro del marco del programa Visión Cósmica 2015-2025 de la agencia espacial. En julio de 2015 la empresa Airbus Defence and Space fue seleccionada como contratista principal.

Ganímedes es el satélite más grande del Sistema Solar (es mayor que Mercurio) y, junto con Calisto, se cree que posee un manto de agua líquida que podría ser potencialmente habitable (menos que el océano de Europa, pero habitable al fin y al cabo), de ahí el interés en investigar esta luna. Ganímedes es la única luna del Sistema Solar con un campo magnético propio. No olvidemos que Europa, Ganímedes, Calisto, Encélado, Titán o Tritón son mundos océano, es decir, mundos potencialmente habitables en nuestro Sistema Solar a pesar de no estar situados en la zona habitable del Sol. La Galaxia debe estar llena de lunas de este tipo, por lo que el estudio de los satélites galileanos es clave para entender mejor las posibilidades de vida fuera de la zona habitable. Gracias a JUICE, dentro de ocho años comenzaremos a entender mejor estos fascinantes mundos.