Efter tjugo år med upp- och nedgångar, utveckling och nedskärningar är forskare på väg att skicka uppdrag för att utforska Europas oceanvärld. Kan detta vara vår bästa chans att hitta liv någonstans i solsystemet? När allt kommer omkring är Europa en väldigt liten värld som kretsar kring den jätteplaneten Jupiter, ännu mindre än jordens måne. På avstånd ser Europa ut som en taggad bana av mörka ränder, som en rörig blyertsritning av ett litet barn. Långa linjära sprickor i isen finns i närheten, som i vissa fall sträcker sig över tusentals kilometer. Många är fyllda med en okänd förorening som forskare kallar "brun lera." På andra ställen är ytan ojämn och krossad, som om massiva isplattor drev, snurrade och snubbla i slush.
Jupiters kraftfulla gravitation hjälper till att generera tidvattenkrafter som sträcker och försvagar månen många gånger över. Men spänningarna som har skapat Europas fragmenterade landskap förklaras bäst av isskalet som flyter i ett hav av flytande vatten.
"Det faktum att det finns flytande vatten under Europas yta, som vi vet från tidigare uppdrag, särskilt från magnetometerobservationer som samlats in av Galileo på 1990-talet, gör det till ett av de mest intressanta potentiella målen för sökandet efter livet," säger professor Andrew Coates. från Mullard Space Research Laboratory i Surrey, Storbritannien.
Det salta djupet i Europa kan nå 80-170 kilometer djupt in i satelliten, vilket innebär att den kan innehålla dubbelt så mycket flytande vatten än alla jordens hav.
Medan vatten är en av de viktigaste förutsättningarna för livet, kan Europas hav ha andra, till exempel en källa för kemisk energi för mikrober. Dessutom kan havet interagera med ytan genom ett antal medel, inklusive varma droppar is som stiger upp isskalet från botten upp. Därför kan man studera ytan ge ledtrådar till vad som händer i havet.
Nu lanserar NASA två uppdrag för att utforska denna spännande värld. Båda diskuterades vid den 48: e Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) i Houston.
Den första är ett flybyuppdrag som heter Europa Clipper, som troligen kommer att äga rum 2022. Det andra är ett landningsuppdrag som kommer att följa några år senare.
Kampanjvideo:
Dr. Robert Pappalardo från NASA: s Jet Propulsion Laboratory är en Clipper Scientist.
"Vi försöker förstå Europas potentiella livsmiljö, dess ingredienser för livet: vatten och tillgången på möjlig kemisk energi för livet," säger han.”Vi gör detta genom att försöka förstå havet och isskalet, sammansättningen och geologin. Och tillsammans visar de nivån på Europas nuvarande verksamhet.
Clipper har en nyttolast på nio verktyg, inklusive en kamera som fångar större delen av ytan; spektrometrar för att förstå dess sammansättning; ispermeabel radar för att kartlägga isskalet i tre dimensioner och hitta vatten under isskalet; magnetometer för att karakterisera havet.
Eftersom rymdfarkosten Galileo gav bevis på havet under 1990-talet vet vi dock att Europa inte är det enda i sitt slag.
"Under de senaste tio åren har vi varit förvånade över att det är omöjligt att resa till det yttre solsystemet och inte kollidera med havets värld," säger Clipper-forskare Kurt Niebuhr.
På Saturnus måne Enceladus, till exempel, uppstår is från underjordiska havet ut i rymden genom sprickor på sydpolen.
Saturnianska satelliten kan också se ett speciellt uppdrag på 2020-talet, men Dr. Niebuhr tycker att Europa är ett mer attraktivt mål:”Europa är mycket större än Enceladus och har det mest: mer geologisk aktivitet, mer vatten, mer utrymme för det vattnet, mer värme. mer råvaror och mer stabilitet i miljön."
Det finns något annat som gör att månen sticker ut: omgivningen. Europas omloppsbana går djupt in i Jupiters magnetfält, som fångar och accelererar partiklar.
Resultatet är intensiva strålningsbälten som rostar elektronik från rymdskepp, vilket begränsar uppdragets varaktighet till månader eller till och med veckor. Emellertid orsakar denna strålning också reaktioner på Europas yta och skapar oxidanter. På jorden använder biologi kemiska reaktioner mellan oxidanter och föreningar kända som reduktionsmedel för att ge den nödvändiga energin för livet.
Emellertid är oxidanter som skapats på ytan gynnsamma för Europas mikroorganismer endast om de kan komma ner i havet. Lyckligtvis kan konvektionsprocessen som driver varma isdroppar uppåt också erodera ytmaterial. En gång i havet kan oxidanter reagera med reduktionsmedel som produceras av havsvatten och reagera på det hårda havsbotten.
"Du behöver båda polerna på batteriet," förklarar Robert Pappalardo.
För forskare som Dr. Pappalardo är uppdragen framöver en dröm som har gått i uppfyllelse under två decennier. Sedan de första koncepten för ett uppdrag till Europa utvecklades i slutet av 1990-talet har förslagen hindrats en och en.
På 2000-talet samlade Förenta staterna och Europa till och med resurser för ett uppdrag som skulle skicka separat rymdskepp till Europa och Jupiters måne Ganymedes. Men planen avbröts på grund av budgetnedskärningar, och den europeiska delen smällde över till Juice Mission.
"Jag tror inte att det har varit ett uppdrag till Europa under de senaste 18 åren som har passerat mina fingrar och ögon," säger Niebuhr.”Det har varit en lång resa. Vägen till lansering har alltid varit en taggig väg, och den har också varit full av besvikelser. Vi kände det mest av allt på exemplet med Europa”.
Att utforska Europa är kostsamt - dock inte mer än andra NASA-flaggskeppsuppdrag som Cassini eller Curiosity.
Det finns komplexa tekniska utmaningar, till exempel att arbeta i Jupiters strålbälten. Pappalardo säger att rymdskeppets instrument måste vara skärmade med material som titanmetall, men "de måste kunna se Europa."
För att hålla Clipper säker kommer NASA därför att avvika något från reglerna.”Det skulle vara så här: Galileo flög förbi Europa, så nästa uppdrag borde vara i omloppsbana. Så här gör vi affärer, säger Niebuhr. Men istället för att gå in i Europas omloppsbana kommer Clipper att minska effekterna av uppdragets förkortning av strålning genom att gå in i Jupiters omloppsbana och göra minst 45 nära uppdrag till den iskalla månen på tre och ett halvt år.
"Vi insåg att vi kunde undvika dessa tekniska problem med att gå in i Europas omloppsbana, göra uppdraget mer genomförbart och samtidigt uppfylla alla vetenskapliga uppgifter."
Solljusets intensitet nära Europa är trettio gånger svagare än på jorden. Men NASA beslutade att den kunde driva Clippers solpaneler, så att den inte skulle behöva använda radioisotopgeneratorer som andra uppdrag. "Alla dessa år med forskning har tvingat oss att överge gamla koncept och fokusera på vad som faktiskt är möjligt, inte önskvärt," säger Kurt Niebuhr.
2011, efter avbrottet av det amerikansk-europeiska uppdraget, bekräftade en rapport från National Research Council vikten av att studera den iskalla månen. Trots detta är NASA fortfarande försiktig med kostnaden.
Landaren fick inte finansiering i presidentens begäran om budget för 2018 för NASA. Men Dr. Jim Green, chef för planetvetenskaper vid byrån, säger att "detta uppdrag är oerhört spännande eftersom det kommer att berätta om vetenskapen vi kan göra på ytan av en satellit."
”Vi måste genomgå en lång process för att förstå vilka mätningar vi behöver göra. Då måste vi arbeta med administrationen och schemalägga rätt tid, komma överens om budgeten för att gå vidare."
Under de senaste tjugo åren har mycket innovativa lander-koncept föreslagits, vilket återspeglar den vetenskapliga generositeten som kan användas efter landningen. Gearyne Jones från Mullard Space Research Laboratory har arbetat med ett koncept som kallas en "penetrator".
"De har inte gått ut i rymden tidigare, men tekniken är väldigt lovande", förklarar han. Projektilen, som avfyras från satelliten, träffar ytan "mycket hårt, med en hastighet av cirka 300 meter per sekund, 1000 km / h", och slänger ut is för ytterligare analys med instrument ombord som borde kunna motstå fallet.
Omvänt kommer NASA: s framtida lander att landa mjukt med hjälp av "sky crane" -tekniken som användes för att säkert släppa Curiosity rover på Mars 2012. Under landningen kommer det att använda ett autonomt landningssystem för att upptäcka och förhindra ytorisk i realtid.
Clipper kan tillhandahålla rekognosering för landningsplatsen.”Jag älskar idén att han kommer att hitta en lämplig oas där vattnet ligger nära ytan. Kanske blir det varmt och det kommer att finnas organiska material, säger Pappalardo.
Fartyget kommer att vara utrustat med känsliga instrument och en roterande såg som kommer att tillhandahålla färska prover under den strålbehandlade ytisen.
”Landaren måste komma till det färskaste, orörda isprovet. För att göra detta måste han gräva djupt eller bryta ut vid ytan - skapa en geyser - som kommer att dumpa mycket färskt material till ytan, säger Kurt Niebuhr.
Under de senaste åren har Hubble-teleskopet gjort preliminära observationer av utbrott av vattenis som bröt ut under Europa, liknande de i Enceladus. Men det finns ingen mening med att besöka platserna för tioårsutbrott - enheten måste besöka en plats med relativt färskt utkast.
Därför måste forskare förstå vad som driver dessa gejsrar: till exempel kommer Clipper att avgöra om gejsrar är associerade med några heta punkter på ytan.
Jordens expansioner vattnas av liv, så det är svårt för oss att föreställa oss ett sterilt 100 km djup hav i Europa. Men den vetenskapliga tröskeln för att upptäcka livet är mycket hög. Kommer vi kunna känna igen främmande liv om vi hittar det?
"Målet med landningsuppdraget är inte bara att upptäcka livet (till vår tillfredsställelse), utan att övertyga alla andra om att vi gjorde det," förklarar Niebuhr. "Det kommer inte att vara så bra för oss att investera i detta uppdrag om allt vi skapar är vetenskaplig kontrovers."
Således föreslog teamet två sätt. Först måste all detektion av liv baseras på flera oberoende datalinjer från direkta mätningar.
”Du kan inte göra en mätning och säga: ja, det finns eureka, vi hittade den. Du tittar på totalen, säger Niebuhr. För det andra har forskare utvecklat en ram för att tolka dessa resultat, av vilka vissa kan vara positiva och andra negativa.”Ett beslutsträd skapas som går igenom alla olika variabler. Genom att följa alla dessa olika vägar får vi slutresultatet, en av två saker: antingen hittade vi liv, eller så gjorde vi det inte, säger han.
ILYA KHEL
