Po dwudziestu latach wzlotów i upadków, rozwoju i zmniejszania się, naukowcy są u progu wysyłania misji w celu zbadania oceanicznego świata Europy. Czy to może być nasza najlepsza szansa na znalezienie życia w dowolnym miejscu Układu Słonecznego? W końcu Europa to bardzo mały świat krążący wokół gigantycznej planety Jowisz, nawet mniejszy niż Ziemski Księżyc. Z daleka Europa wygląda jak poszarpana sieć ciemnych pasów, jak niechlujny rysunek ołówkiem malucha. W pobliżu znajdują się długie liniowe pęknięcia w lodzie, rozciągające się w niektórych przypadkach na tysiące kilometrów. Wiele z nich jest wypełnionych nieznanym zanieczyszczeniem, które naukowcy nazywają „brązowym błotem”. W innym miejscu powierzchnia jest nierówna i roztrzaskana, jakby masywne tafle lodu dryfowały, wirowały i obracały się w błocie pośniegowym.
Potężna grawitacja Jowisza pomaga generować siły pływowe, które wielokrotnie rozciągają i osłabiają księżyc. Ale stres, który stworzył rozdrobniony krajobraz Europy, można najlepiej wytłumaczyć skorupą lodową unoszącą się w oceanie płynnej wody.
„Fakt, że pod powierzchnią Europy znajduje się woda w stanie ciekłym, co wiemy z poprzednich misji, w szczególności z obserwacji magnetometru zebranych przez Galileo w latach 90., czyni ją jednym z najciekawszych potencjalnych celów poszukiwań życia” - mówi profesor Andrew Coates. z Mullard Space Research Laboratory w Surrey w Wielkiej Brytanii.
Słona głębokość Europy może sięgać 80-170 kilometrów w głąb satelity, co oznacza, że może zawierać dwa razy więcej wody w stanie ciekłym niż wszystkie oceany na Ziemi.
Chociaż woda jest jednym z najważniejszych warunków życia, oceany Europy mogą mieć inne, na przykład źródło energii chemicznej dla drobnoustrojów. Co więcej, ocean może oddziaływać z powierzchnią na wiele sposobów, w tym przez ciepłe krople lodu, które unoszą skorupę lodową od dołu do góry. Dlatego badanie powierzchni może dostarczyć wskazówek co do tego, co dzieje się w oceanie.
Teraz NASA rozpoczyna dwie misje, aby zbadać ten intrygujący świat. Obydwa zostały omówione na 48. Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) w Houston.
Pierwsza to przelotna misja o nazwie Europa Clipper, która prawdopodobnie odbędzie się w 2022 roku. Druga to misja desantowa, która nastąpi kilka lat później.
Film promocyjny:
Dr Robert Pappalardo z Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA jest naukowcem-kliperem.
„Próbujemy zrozumieć potencjalną zdolność do życia w Europie, jej składniki niezbędne do życia: wodę i dostępność możliwej do życia energii chemicznej” - mówi. „Robimy to, próbując zrozumieć skorupę oceanu i lodu, skład i geologię. I razem pokazują poziom aktualnej aktywności w Europie”.
Clipper zawiera dziewięć narzędzi, w tym kamerę, która uchwyci większość powierzchni; spektrometry do zrozumienia jego składu; radar przepuszczalny dla lodu do mapowania skorupy lodowej w trzech wymiarach i znajdowania wody pod skorupą lodową; magnetometr do scharakteryzowania oceanu.
Ponieważ jednak sonda Galileo dostarczyła dowodów na istnienie oceanu w latach 90., wiemy, że Europa nie jest jedyna w swoim rodzaju.
„W ciągu ostatnich dziesięciu lat byliśmy zaskoczeni odkryciem, że nie można podróżować do zewnętrznego układu słonecznego i nie zderzać się ze światem oceanów” - mówi naukowiec Clipper Kurt Niebuhr.
Na przykład na księżycu Saturna Enceladusie lód z podpowierzchniowego oceanu wybucha w przestrzeń kosmiczną przez pęknięcia na biegunie południowym.
Księżyc Saturna może również zobaczyć specjalną misję w latach 20. XX wieku, ale dr Niebuhr uważa, że Europa jest bardziej atrakcyjnym celem: „Europa jest znacznie większa niż Enceladus i ma najwięcej: więcej aktywności geologicznej, więcej wody, więcej miejsca na tę wodę, więcej ciepła. więcej surowców i większa stabilność w środowisku”.
Jest jeszcze coś, co wyróżnia ten księżyc: jego otoczenie. Ścieżka orbity Europy idzie w głąb pola magnetycznego Jowisza, które wychwytuje i przyspiesza cząstki.
Rezultatem są pasy intensywnego promieniowania, które palą elektronikę statku kosmicznego, ograniczając czas trwania misji do miesięcy lub nawet tygodni. Jednak promieniowanie to wywołuje również reakcje na powierzchni Europy, tworząc utleniacze. Na Ziemi biologia wykorzystuje reakcje chemiczne między utleniaczami i związkami znanymi jako czynniki redukujące, aby zapewnić niezbędną energię do życia.
Jednak utleniacze powstające na powierzchni są korzystne dla mikroorganizmów Europy tylko wtedy, gdy mogą zejść do oceanu. Na szczęście proces konwekcji, który wypycha kropelki ciepłego lodu w górę, może również powodować erozję materiału powierzchniowego. W oceanie utleniacze mogą reagować z czynnikami redukującymi wytwarzanymi przez wodę morską, reagując na twardym dnie oceanu.
„Potrzebujesz obu biegunów baterii” - wyjaśnia Robert Pappalardo.
Dla naukowców takich jak dr Pappalardo misje, które są przed nami, są spełnieniem marzeń od dwóch dekad. Odkąd pierwsze koncepcje misji do Europy zostały opracowane pod koniec lat 90., kolejne propozycje zostały udaremnione.
W 2000 roku Stany Zjednoczone i Europa połączyły nawet środki na misję, która miała wysłać oddzielne statki kosmiczne do Europy i księżyca Jowisza Ganimedesa. Ale plan został odwołany z powodu cięć budżetowych, a część europejska przeniosła się na misję Juice.
„Nie sądzę, aby w ciągu ostatnich 18 lat istniała misja w Europie, która przeszła mi przez palce i oczy” - mówi Niebuhr. „To była długa podróż. Droga do premiery zawsze była ciernista, a także pełna rozczarowań. Odczuliśmy to przede wszystkim na przykładzie Europy”.
Odkrywanie Europy jest kosztowne - ale nie więcej niż w przypadku innych flagowych misji NASA, takich jak Cassini czy Curiosity.
Istnieją złożone wyzwania inżynieryjne, takie jak praca w pasach radiacyjnych Jowisza. Pappalardo mówi, że instrumenty statku kosmicznego muszą być osłonięte materiałami takimi jak tytan, ale „muszą być w stanie widzieć Europę”.
Dlatego, aby zapewnić bezpieczeństwo Clipperowi, NASA odstąpi nieco od zasad. - Miało wyglądać tak: Galileo przeleciał obok Europy, więc następna misja powinna być na orbicie. Tak prowadzimy działalność”- mówi Niebuhr. Ale zamiast wejść na orbitę Europy, Clipper zmniejszy wpływ promieniowania skracającego misję, wchodząc na orbitę Jowisza i wykona co najmniej 45 bliskich misji na lodowaty księżyc w ciągu trzech i pół roku.
„Zdaliśmy sobie sprawę, że możemy uniknąć tych technicznych problemów związanych z wejściem na orbitę Europy, uczynić misję bardziej wykonalną i jednocześnie wypełnić wszystkie zadania naukowe”.
Intensywność światła słonecznego w pobliżu Europy jest trzydzieści razy słabsza niż na Ziemi. Ale NASA zdecydowała, że może zasilać panele słoneczne Clippera, więc nie będzie musiała używać generatorów radioizotopów, jak w innych misjach. „Wszystkie te lata badań zmusiły nas do porzucenia starych koncepcji i skupienia się na tym, co jest rzeczywiście osiągalne, a nie pożądane” - mówi Kurt Niebuhr.
W 2011 r., Po odwołaniu misji w Europie w USA, raport National Research Council potwierdził znaczenie badania lodowatego księżyca. Mimo to NASA nadal ostrożnie podchodzi do kosztów.
Lądownik nie otrzymał dofinansowania w budżecie prezydenta na 2018 rok dla NASA. Ale dr Jim Green, dyrektor nauk planetarnych w agencji, mówi, że „ta misja jest niezwykle ekscytująca, ponieważ powie nam o nauce, jaką moglibyśmy robić na powierzchni satelity”.
„Musimy przejść przez długi proces, aby zrozumieć, jakie pomiary musimy wykonać. Następnie musimy współpracować z administracją i zaplanować odpowiedni czas, uzgodnić budżet na dalsze działania”.
W ciągu ostatnich dwudziestu lat zaproponowano wysoce innowacyjne koncepcje lądowników, odzwierciedlające hojność naukową, którą można wykorzystać po wylądowaniu. Gearyne Jones z Mullard Space Research Laboratory pracuje nad koncepcją zwaną „penetratorem”.
„Nie leciały wcześniej w kosmos, ale technologia jest bardzo obiecująca” - wyjaśnia. Pocisk wystrzelony z satelity uderza w powierzchnię „bardzo mocno, z prędkością około 300 metrów na sekundę, 1000 km / h”, wyrzucając lód do dalszej analizy przez instrumenty pokładowe, które powinny być w stanie wytrzymać upadek.
Natomiast przyszły lądownik NASA wyląduje miękko przy użyciu technologii „dźwigu powietrznego”, który był używany do bezpiecznego zrzucenia łazika Curiosity na Marsa w 2012 roku. Podczas lądowania użyje autonomicznego systemu lądowania do wykrywania i zapobiegania zagrożeniom powierzchniowym w czasie rzeczywistym.
Clipper będzie w stanie przeprowadzić rozpoznanie miejsca lądowania. „Podoba mi się pomysł, że znajdzie odpowiednią oazę, gdzie woda jest blisko powierzchni. Może będzie ciepło i będzie materiał organiczny”- mówi Pappalardo.
Statek będzie wyposażony w czułe instrumenty i obrotową piłę, która będzie dostarczać świeże próbki spod lodu powierzchniowego poddanego promieniowaniu.
„Lądownik będzie musiał dostać się do najświeższej, nieskazitelnej próbki lodu. Aby to zrobić, będzie musiał kopać głęboko lub wybuchnąć na powierzchni - stworzyć gejzer - który wyrzuci na powierzchnię dużo świeżego materiału”- mówi Kurt Niebuhr.
W ostatnich latach Teleskop Hubble'a dokonał wstępnych obserwacji erupcji lodu wodnego wydobywającego się spod Europy, podobnych do tych z Enceladusa. Ale nie ma sensu odwiedzać miejsc dziesięcioletnich erupcji - urządzenie musi odwiedzić miejsce ze stosunkowo świeżym wyrzutem.
Dlatego naukowcy muszą zrozumieć, co napędza te gejzery: na przykład Clipper określi, czy gejzery są powiązane z jakimikolwiek gorącymi punktami na powierzchni.
Morskie przestrzenie Ziemi tętnią życiem, więc trudno nam wyobrazić sobie sterylny ocean o głębokości 100 km w Europie. Ale naukowy próg wykrywania życia jest bardzo wysoki. Czy będziemy w stanie rozpoznać obce życie, jeśli je znajdziemy?
„Celem misji lądowania jest nie tylko odkrycie życia (ku naszej satysfakcji), ale przekonanie wszystkich innych, że to zrobiliśmy” - wyjaśnia Niebuhr. „Inwestowanie w tę misję nie będzie dla nas zbyt dobre, jeśli wszystko, co tworzymy, to naukowe kontrowersje”.
Dlatego zespół zasugerował dwa sposoby. Po pierwsze, każde wykrycie życia musi opierać się na wielu niezależnych liniach danych pochodzących z bezpośrednich pomiarów.
„Nie możesz dokonać jednego pomiaru i powiedzieć: tak, jest eureka, znaleźliśmy ją. Patrzysz na całość”, mówi Niebuhr. Po drugie, naukowcy opracowali ramy do interpretacji tych wyników, z których niektóre mogą być pozytywne, a inne negatywne. „Tworzone jest drzewo decyzyjne, które obejmuje wszystkie różne zmienne. Podążając tymi różnymi ścieżkami, otrzymujemy końcowy rezultat, jedną z dwóch rzeczy: albo znaleźliśmy życie, albo nie”- mówi.
ILYA KHEL