Etter tjue år med opp- og nedturer, utvikling og nedbemanning, er forskere i ferd med å sende oppdrag for å utforske Europas oseaniske verden. Kan dette være vår beste sjanse til å finne liv hvor som helst i solsystemet? Tross alt er Europa en veldig liten verden som kretser rundt den gigantiske planeten Jupiter, enda mindre enn Jordens måne. På avstand ser Europa ut som et skittent nett av mørke striper, som en rotete blyanttegning av en pjokk. Lange lineære sprekker i isen finnes like ved, og strekker seg i noen tilfeller i tusenvis av kilometer. Mange er fylt med en ukjent forurensning som forskere kaller "brun søle." Andre steder er overflaten ujevn og knust, som om massive isplater drev, snurret og snudde i slaps.
Jupiters kraftige tyngdekraft hjelper til med å generere tidevannskrefter som strekker og svekker månen mange ganger over. Men påkjenningene som har skapt Europas fragmenterte landskap, forklares best ved at isskallet flyter i et hav av flytende vann.
"Det faktum at det er flytende vann under Europas overflate, som vi vet fra tidligere oppdrag, spesielt fra magnetometerobservasjoner samlet av Galileo på 1990-tallet, gjør det til et av de mest interessante potensielle målene for søken etter livet," sier professor Andrew Coates. fra Mullard Space Research Laboratory i Surrey, Storbritannia.
Den salte dybden i Europa kan nå 80-170 kilometer dypt inn i satellitten, noe som betyr at den kan inneholde dobbelt så mye flytende vann enn alle jordens hav.
Selv om vann er en av de viktigste forutsetningene for livet, kan Europas hav ha andre, for eksempel en kilde til kjemisk energi for mikrober. Dessuten kan havet samhandle med overflaten gjennom en rekke midler, inkludert varme dråper is som stiger opp isskjellet nedenfra og opp. Derfor kan studere overflaten gi ledetråder til hva som skjer i havet.
Nå lanserer NASA to oppdrag for å utforske denne spennende verdenen. Begge ble diskutert på den 48. Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) i Houston.
Det første er et flyby-oppdrag kalt Europa Clipper, som sannsynligvis vil finne sted i 2022. Det andre er et landingsoppdrag som vil følge noen år senere.
Salgsfremmende video:
Dr. Robert Pappalardo fra NASAs Jet Propulsion Laboratory er en Clipper Scientist.
"Vi prøver å forstå Europas potensielle levedyktighet, ingrediensene for livet: vann og tilgjengeligheten av mulig kjemisk energi for livet," sier han.”Vi gjør dette ved å prøve å forstå havet og isskjellet, sammensetningen og geologien. Og sammen demonstrerer de nivået på den nåværende aktiviteten i Europa.
Clipper har en nyttelast på ni verktøy, inkludert et kamera som vil fange det meste av overflaten; spektrometre for å forstå dens sammensetning; isgjennomtrengelig radar for å kartlegge isskjellet i tre dimensjoner og finne vann under isskjellet; magnetometer for å karakterisere havet.
Siden romfartøyet Galileo ga bevis for havet på 1990-tallet, vet vi imidlertid at Europa ikke er det eneste i sitt slag.
"I løpet av de siste ti årene har vi blitt overrasket over å finne at det er umulig å reise til det ytre solsystemet og ikke kollidere med havverdenen," sier Clipper-forsker Kurt Niebuhr.
På Saturns måne Enceladus, for eksempel, rykker is fra havoverflaten ut i verdensrommet gjennom sprekker på sørpolen.
Saturnmånen kan også se et spesielt oppdrag på 2020-tallet, men Dr. Niebuhr mener Europa er et mer attraktivt mål: “Europa er mye større enn Enceladus og har mest: mer geologisk aktivitet, mer vann, mer plass for det vannet, mer varme. mer råvarer og mer stabilitet i miljøet."
Det er noe annet som gjør at månen skiller seg ut: omgivelsene. Europas banebane går dypt inn i Jupiters magnetfelt, som fanger opp og akselererer partikler.
Resultatet er intense strålingsbelter som steker elektronikken fra romfartøy, som begrenser oppdragets varighet til måneder eller til og med uker. Imidlertid forårsaker denne strålingen reaksjoner på Europas overflate og skaper oksidanter. På jorden bruker biologi kjemiske reaksjoner mellom oksidanter og forbindelser kjent som reduksjonsmidler for å gi den nødvendige energien for livet.
Imidlertid er oksidanter skapt på overflaten gunstig for Europas mikroorganismer bare hvis de kan stige ned i havet. Heldigvis kan konveksjonsprosessen som skyver varme isdråper oppover også erodere overflatemateriale. Når de er i havet, kan oksidanter reagere med reduksjonsmidler produsert av sjøvann, og reagere på den harde havbunnen.
"Du trenger begge polene på batteriet," forklarer Robert Pappalardo.
For forskere som Dr. Pappalardo er oppdragene fremover en drøm som går i oppfyllelse i to tiår. Siden de første konseptene for et oppdrag til Europa ble utviklet på slutten av 1990-tallet, har forslag blitt forhindret én etter én.
På 2000-tallet samlet USA og Europa til og med ressurser til et oppdrag som ville sende separat romfartøy til Europa og Jupiters måne Ganymedes. Men planen ble kansellert på grunn av budsjettkutt, og den europeiske delen sølt over i Juice-oppdraget.
"Jeg tror ikke det har vært et oppdrag til Europa de siste 18 årene som har passert fingrene og øynene mine," sier Niebuhr. “Det har vært en lang reise. Veien til sjøsetting har alltid vært en tornete, og den har også vært full av skuffelser. Vi følte det mest av alt på Europa-eksemplet.
Det er kostbart å utforske Europa - men ikke mer enn andre NASA-flaggskipoppdrag som Cassini eller Curiosity.
Det er komplekse tekniske utfordringer, for eksempel å jobbe i Jupiters strålingsbelter. Pappalardo sier at romfartøyets instrumenter må være skjermet med materialer som titanmetall, men "de må kunne se Europa."
Derfor, for å holde Clipper trygg, vil NASA avvike noe fra reglene. “Det skulle være slik: Galileo fløy forbi Europa, så neste oppdrag skulle være i bane. Slik gjør vi forretninger, sier Niebuhr. Men i stedet for å gå inn i Europas bane, vil Clipper redusere virkningen av oppdragets forkortelse av stråling ved å gå inn i Jupiters bane og gjøre minst 45 nære oppdrag til den iskalde månen på tre og et halvt år.
"Vi innså at vi kunne unngå disse tekniske problemene med å gå inn i bane rundt Europa, gjøre oppdraget mer gjennomførbart og samtidig oppfylle alle vitenskapelige oppgaver."
Solens intensitet nær Europa er tretti ganger svakere enn på jorden. Men NASA bestemte seg for at den kunne drive Clippers solcellepaneler, slik at den ikke måtte bruke radioisotopgeneratorer som andre oppdrag. "Alle disse årene med forskning har tvunget oss til å forlate gamle konsepter og fokusere på det som faktisk er oppnåelig, ikke ønsket", sier Kurt Niebuhr.
I 2011, etter kanselleringen av det USA-europeiske oppdraget, bekreftet en rapport fra National Research Council viktigheten av å studere den iskalde månen. Til tross for dette er NASA fortsatt forsiktig med kostnadene.
Lander mottok ikke midler i presidentens budsjettforespørsel for 2018 for NASA. Men Dr. Jim Green, direktør for planetariske vitenskaper ved byrået, sier at "dette oppdraget er ekstremt spennende fordi det vil fortelle oss om vitenskapen vi kan gjøre på overflaten av en satellitt."
“Vi må gjennom en lang prosess for å forstå hvilke målinger vi må ta. Da må vi jobbe med administrasjonen og planlegge riktig tid, bli enige om budsjettet for å komme videre."
I løpet av de siste tjue årene er svært innovative lander-konsepter blitt foreslått, noe som gjenspeiler den vitenskapelige generøsiteten som kan brukes etter landing. Gearyne Jones fra Mullard Space Research Laboratory har arbeidet med et konsept som kalles en "penetrator."
"De har ikke gått ut i verdensrommet før, men teknologien er veldig lovende," forklarer han. Et prosjektil avfyrt fra en satellitt treffer overflaten "veldig hardt, med en hastighet på rundt 300 meter per sekund, 1000 km / t", og kaster ut is for ytterligere analyse av ombord instrumenter som skal kunne tåle fallet.
Derimot vil den fremtidige NASA-landeren lande mykt ved hjelp av "sky crane" -teknologien som ble brukt for å trygt slippe Curiosity-roveren på Mars i 2012. Under landing vil den bruke et autonomt landingssystem for å oppdage og forhindre overflatefare i sanntid.
Clipper vil kunne gi rekognosering for landingsplassen.”Jeg elsker ideen om at han vil finne en passende oase der vannet ligger nær overflaten. Kanskje det vil være varmt og det vil være organiske materialer, sier Pappalardo.
Fartøyet vil være utstyrt med følsomme instrumenter og en roterende sag som vil gi ferske prøver fra under den strålingsbehandlede overflaten.
Lander må komme til den ferskeste, uberørte isprøven. For å gjøre dette, må han grave dypt eller bryte ut ved overflaten - lage en geyser - som vil dumpe mye ferskt materiale til overflaten, sier Kurt Niebuhr.
De siste årene har Hubble-teleskopet foretatt foreløpige observasjoner av vannis som raste ut under Europa, på lik linje med Enceladus. Men det er ikke noe poeng i å besøke stedene med utbrudd på ti år - enheten trenger å besøke et sted med en relativt fersk utkast.
Derfor må forskere forstå hva som driver disse geysirene: Clipper vil for eksempel bestemme om geysirer er assosiert med noen hot spots på overflaten.
Jordens utvidelser av jorden vrimler av liv, så det er vanskelig for oss å forestille oss et sterilt 100 km dypt hav i Europa. Men den vitenskapelige terskelen for å oppdage liv er satt veldig høy. Vil vi være i stand til å gjenkjenne fremmedliv hvis vi finner det?
"Målet med landingsoppdraget er ikke bare å oppdage livet (til vår tilfredshet), men å overbevise alle andre om at vi gjorde det," forklarer Niebuhr. "Det vil ikke være veldig bra for oss å investere i dette oppdraget hvis alt vi skaper er vitenskapelig kontrovers."
Dermed foreslo teamet to måter. Først må enhver deteksjon av liv være basert på flere uavhengige datalinjer fra direkte målinger.
“Du kan ikke foreta en måling og si: ja, det er eureka, vi fant den. Du ser på totalen, sier Niebuhr. For det andre har forskere utviklet et rammeverk for å tolke disse resultatene, hvorav noen kan være positive og andre negative. “Det opprettes et beslutnings tre som går gjennom alle de forskjellige variablene. Ved å følge alle disse forskjellige stiene, får vi sluttresultatet, en av to ting: enten fant vi liv, eller så gjorde vi ikke det, sier han.
ILYA KHEL
