Efter tyve år med op- og nedture, udvikling og nedbrydning står videnskabsmændene til at sende missioner for at udforske Europas oceaniske verden. Kan dette være vores bedste chance for at finde liv overalt i solsystemet? Når alt kommer til alt er Europa en meget lille verden, der kredser om den gigantiske planet Jupiter, endnu mindre end Jordens måne. På afstand ligner Europa et tagget web af mørke striber, som en rodet blyanttegning af et lille barn. Lange lineære revner i isen findes tæt ved, og strækker sig i nogle tilfælde i tusinder af kilometer. Mange er fyldt med en ukendt forurening, som forskere kalder "brun mudder." Et andet sted er overfladen ujævn og knust, som om massive isplader drev, spinder og vipper i slush.
Jupiters kraftige tyngdekraft hjælper med at generere tidevandskræfter, der strækker og svækker månen mange gange over. Men de spændinger, der har skabt Europas fragmenterede landskab, forklares bedst af isskallen, der flyder i et hav af flydende vand.
"Det faktum, at der er flydende vand under Europas overflade, som vi kender fra tidligere missioner, især fra magnetometerobservationer indsamlet af Galileo i 1990'erne, gør det til et af de mest interessante potentielle mål for livets søgen," siger professor Andrew Coates fra Mullard Space Research Laboratory i Surrey, UK.
Europas salte dybde kan nå 80-170 kilometer dybt ind i satellitten, hvilket betyder, at den kan indeholde dobbelt så meget flydende vand end alle jordens oceaner.
Mens vand er en af de vigtigste forudsætninger for livet, kan Europas oceaner have andre, såsom en kilde til kemisk energi til mikrober. Derudover kan havet interagere med overfladen gennem en række midler, inklusive varme dråber is, der stiger op isskallen fra bunden op. Derfor kan undersøgelse af overfladen give ledetråde til, hvad der sker i havet.
Nu lancerer NASA to missioner for at udforske denne spændende verden. Begge blev drøftet på den 48. Lunar og Planetary Science Conference (LPSC) i Houston.
Den første er en flyby-mission kaldet Europa Clipper, som sandsynligvis finder sted i 2022. Den anden er en landingsmission, der vil følge et par år senere.
Salgsfremmende video:
Dr. Robert Pappalardo fra NASAs Jet Propulsion Laboratory er en Clipper Scientist.
”Vi forsøger at forstå Europas potentielle levedygtighed, dets ingredienser i livet: vand og tilgængeligheden af mulig kemisk energi for livet,” siger han.”Vi gør dette ved at prøve at forstå havet og isskallen, sammensætningen og geologien. Og alle sammen demonstrerer de niveauet for den nuværende aktivitet i Europa”.
Clipperen har en nyttelast på ni værktøjer, inklusive et kamera, der fanger det meste af overfladen; spektrometre for at forstå dens sammensætning; ispermeabel radar til kortlægning af isskallen i tre dimensioner og finde vand under isskallen; magnetometer til at karakterisere havet.
Da Galileo-rumfartøjet fremlagde bevis for havet i 1990'erne, ved vi imidlertid, at Europa ikke er det eneste i sin art.
”I løbet af de sidste ti år har vi været overrasket over at finde ud af, at det er umuligt at rejse til det ydre solsystem og ikke kollidere med havverdenen,” siger Clipper-videnskabsmand Kurt Niebuhr.
På Saturns måne Enceladus, for eksempel, rykker is fra undergrunden havet ud i rummet gennem revner på sydpolen.
Den saturniske satellit kan også se en særlig mission i 2020'erne, men Dr. Niebuhr synes Europa er et mere attraktivt mål:”Europa er meget større end Enceladus og har det meste: mere geologisk aktivitet, mere vand, mere plads til dette vand, mere varme. mere råvarer og mere stabilitet i miljøet."
Der er noget andet, der får denne måne til at skille sig ud: dens omgivelser. Europas orbitalsti går dybt ind i Jupiters magnetfelt, der fanger og accelererer partikler.
Resultatet er intense strålingsbælter, der steker elektronik fra rumfartøjer, der begrænser missionens varighed til måneder eller endda uger. Imidlertid forårsager denne stråling også reaktioner på Europas overflade og skaber oxidanter. På jorden bruger biologi kemiske reaktioner mellem oxidanter og forbindelser kendt som reduktionsmidler for at give den nødvendige energi til livet.
Imidlertid er oxidanter dannet på overfladen gavnlige for Europas mikroorganismer kun hvis de kan ned i havet. Heldigvis kan konvektionsprocessen, der skubber varme isdråber opad, også erodere overflademateriale. Når de er i havet, kan oxidanter reagere med reduktionsmidler produceret af havvand og reagere på det hårde havbund.
”Du har brug for begge poler i batteriet,” forklarer Robert Pappalardo.
For videnskabsfolk som Dr. Pappalardo er de fremtidige missioner en drøm, der går i opfyldelse i to årtier. Siden de første koncepter for en mission til Europa blev udviklet i slutningen af 1990'erne, er forslag blevet afværget en efter en.
I 2000'erne samlede USA og Europa endda ressourcer til en mission, der ville sende separat rumfartøj til Europa og Jupiters måne Ganymedes. Men planen blev annulleret på grund af budgetnedskæringer, og den europæiske del spildte over på Juice-missionen.
”Jeg tror ikke, der har været en mission til Europa i de sidste 18 år, der har passeret mine fingre og øjne,” siger Niebuhr.”Det har været en lang rejse. Vejen til lancering har altid været en torneret vej, og den har også været fuld af skuffelser. Vi følte det mest af alt på eksemplet med Europa”.
Det er dyrt at udforske Europa - dog ikke mere end andre NASA-flagskibsmissioner som Cassini eller Curiosity.
Der er komplekse tekniske udfordringer, såsom at arbejde i Jupiters strålingsbælter. Pappalardo siger, at rumfartøjets instrumenter skal være afskærmet med materialer som titanmetal, men "de skal kunne se Europa."
Derfor, for at holde Clipper sikker, vil NASA afvige noget fra reglerne.”Det skulle være sådan: Galileo fløj forbi Europa, så den næste mission skulle være i kredsløb. Sådan gør vi forretninger,”siger Niebuhr. Men i stedet for at komme ind i Europas bane, vil Clipper reducere virkningen af missionskortbestråling ved at gå ind i Jupiters bane og foretage mindst 45 tæt missioner til den iskaldne måne om tre og et halvt år.
"Vi indså, at vi kunne undgå disse tekniske problemer ved at komme ind i Europas bane, gøre missionen mere gennemførlig og samtidig udføre alle de videnskabelige opgaver."
Sollysets intensitet nær Europa er tredive gange svagere end på Jorden. Men NASA besluttede, at det kunne drive Clippers solcellepaneler, så det ikke behøver at bruge radioisotopgeneratorer som andre missioner.”Alle disse års forskning har tvunget os til at opgive gamle koncepter og fokusere på, hvad der faktisk er opnåeligt, ikke ønsket,” siger Kurt Niebuhr.
I 2011, efter annulleringen af den amerikansk-europæiske mission, bekræftede en rapport fra det nationale forskningsråd vigtigheden af at studere den iskaldne måne. På trods af dette er NASA stadig forsigtig med omkostningerne.
Landeren modtog ikke finansiering i præsidentens 2018-anmodning om budgettet til NASA. Men Dr. Jim Green, direktør for planetariske videnskaber ved agenturet, siger, at "denne mission er ekstremt spændende, fordi den vil fortælle os om den videnskab, vi kunne gøre på overfladen af en satellit."
”Vi er nødt til at gennemgå en lang proces for at forstå, hvilke målinger vi skal tage. Så er vi nødt til at arbejde med administrationen og planlægge det rigtige tidspunkt, blive enige om budgettet for at komme videre."
I løbet af de sidste tyve år er meget innovative lander-koncepter blevet foreslået, hvilket afspejler den videnskabelige generøsitet, der kan bruges efter landing. Gearyne Jones fra Mullard Space Research Laboratory har arbejdet på et koncept kaldet en "penetrator".
”De er ikke gået ud i rummet før, men teknologien er meget lovende,” forklarer han. Et projektil, der fyres fra en satellit, rammer overfladen "meget hårdt, med en hastighed på ca. 300 meter i sekundet, 1000 km / t", hvorved man kaster is ud for yderligere analyse med instrumenter ombord, der skal kunne modstå faldet.
I modsætning hertil lander den fremtidige NASA-lander blødt ved hjælp af "sky crane" -teknologien, der blev brugt til sikkert at droppe Curiosity rover på Mars i 2012. Under landing anvender det et autonomt landingssystem til at registrere og forhindre overfladefare i realtid.
Clipper vil være i stand til at give rekognosering for landingsstedet.”Jeg elsker tanken om, at han finder en passende oase, hvor vandet er tæt på overfladen. Måske vil det være varmt, og der vil være organiske materialer,”siger Pappalardo.
Skibet vil være udstyret med følsomme instrumenter og en roterende sav, der vil give friske prøver fra under den strålebehandlede overfladeis.
”Landeren bliver nødt til at komme til den friskeste, uberørte isprøve. For at gøre dette bliver han nødt til at grave dybt eller bryde ud på overfladen - skabe en gejser - der vil dumpe en masse frisk materiale til overfladen,”siger Kurt Niebuhr.
I de senere år har Hubble-teleskopet foretaget foreløbige observationer af udbrud af vandis, der bryder ud under Europa, svarende til Enceladus. Men der er ingen mening i at besøge stederne med udbrud på ti år - enheden skal besøge et sted med en relativt frisk udsmid.
Derfor er forskere nødt til at forstå, hvad der driver disse gejsere: F.eks. Vil Clipper bestemme, om gejsere er forbundet med nogen hot spots på overfladen.
Jordens havudvidelser vrimler af liv, så det er svært for os at forestille os et sterilt 100 km dybt hav i Europa. Men den videnskabelige tærskel for at opdage liv er meget høj. Vil vi være i stand til at genkende fremmed liv, hvis vi finder det?
”Målet med landingsmissionen er ikke kun at opdage livet (til vores tilfredshed), men at overbevise alle andre om, at vi gjorde det,” forklarer Niebuhr. "Det vil ikke være meget godt for os at investere i denne mission, hvis alt hvad vi skaber er videnskabelig kontrovers."
Således foreslog holdet to måder. Først skal enhver detektion af liv være baseret på flere uafhængige datalinjer fra direkte målinger.
”Du kan ikke foretage en måling og sige: ja, der er eureka, vi fandt den. Du ser på det samlede antal,”siger Niebuhr. For det andet har forskere udviklet en ramme for fortolkning af disse resultater, hvoraf nogle kan være positive og andre negative.”Der oprettes et beslutningstræ, der går gennem alle de forskellige variabler. Ved at følge alle disse forskellige stier, får vi slutresultatet, en af to ting: enten fandt vi liv, eller så gjorde vi det ikke,”siger han.
ILYA KHEL