Kaksikymmentä vuotta kestäneen ylä- ja alamäen, kehityksen ja supistumisen jälkeen tutkijat lähettävät operaatioita tutkimaan Euroopan merimaailmaa. Voisiko tämä olla paras mahdollisuutemme löytää elämää mistä tahansa aurinkokunnan järjestelmästä? Loppujen lopuksi Eurooppa on hyvin pieni maailma, joka kiertää jättiläinen planeetta Jupiter, jopa pienempi kuin Maan Kuu. Kaukaa kohti Eurooppa näyttää pyöreältä, tummien raitojen verkolta, kuten sotkuinen kynäpiirros pikkulapselta. Jään lähellä on pitkiä lineaarisia halkeamia, jotka ulottuvat joissakin tapauksissa tuhansiksi kilometreiksi. Monet ovat täynnä tuntemattomia epäpuhtauksia, joita tutkijat kutsuvat "ruskeaksi mutaksi". Muualla pinta on epätasainen ja särkynyt, ikään kuin massiiviset jäälaatikot ajautuisivat, kehräisivät ja kääntyivät löysässä.
Jupiterin voimakas painovoima auttaa tuottamaan vuorovesivoimia, jotka venyttävät ja heikentävät kuua monta kertaa. Mutta hajanaiset maisemat luoneet stressit selitetään parhaiten nestemäisen veden valtameressä kelluvalla jääkuorella.
"Se tosiasia, että Europa-alueen pinnan alla on nestemäistä vettä, kuten tiedämme aiemmista tehtävistä, etenkin Galileon 1990-luvulla keräämistä magnetometrimittauksista, tekee siitä yhden mielenkiintoisimmista mahdollisista kohteista elämänhaulle", sanoo professori Andrew Coates. Mullard-avarustutkimuslaboratoriosta Surreysta, Iso-Britannia.
Euroopan suolainen syvyys voi nousta 80–170 kilometrin syvyyteen satelliittiin, mikä tarkoittaa, että se voi sisältää kaksi kertaa niin paljon nestemäistä vettä kuin kaikki Maan valtameret.
Vaikka vesi on yksi tärkeimmistä elämän edellytyksistä, Euroopan valtamerellä voi olla muita, kuten kemiallisen kemiallisen energian lähde. Lisäksi valtameri voi olla vuorovaikutuksessa pinnan kanssa useilla tavoilla, mukaan lukien lämpimät jääpisarat, jotka nousevat jääkuoresta ylhäältä ylöspäin. Siksi pinnan tutkiminen voi antaa johtolankoja merellä tapahtuvalle.
NASA NASA käynnistää kaksi matkaa tutkimaan tätä kiehtovaa maailmaa. Molemmista keskusteltiin Houstonissa 48. Lunar and Planetary Science -konferenssissa (LPSC).
Ensimmäinen on Europa Clipper -niminen lentomatkaoperaatio, joka todennäköisesti tapahtuu vuonna 2022. Toinen on laskuoperaatio, joka seuraa muutama vuosi myöhemmin.
Mainosvideo:
Tohtori Robert Pappalardo NASA: n suihkukoneiden laboratoriosta on leikkaustutkija.
"Yritämme ymmärtää Euroopan mahdollista elinkykyä, sen elämän ainesosia: vettä ja mahdollisen kemiallisen energian saatavuutta elämää varten", hän sanoo.”Teemme tämän yrittämällä ymmärtää valtameren ja jääkuoren, koostumuksen ja geologian. Ja yhdessä ne osoittavat Euroopan nykyisen toiminnan tason”.
Clipperillä on yhdeksän työkalun hyötykuorma, mukaan lukien kamera, joka kaappaa suurimman osan pinnasta; spektrometrit sen koostumuksen ymmärtämiseksi; jäänläpäisevä tutka jääkuoren kartoittamiseksi kolmessa ulottuvuudessa ja veden löytämiseksi jääkuoren alle; magnetometri karakterisoimaan valtameri.
Koska Galileo-avaruusalus tarjosi todisteita valtamerestä 1990-luvulla, tiedämme, että Eurooppa ei ole ainoa laatuaan.
"Viimeisen kymmenen vuoden aikana olemme yllättyneitä huomatessamme, että on mahdotonta matkustaa aurinkokunnan ulkopuolelle eikä törmätä valtameremaailmaan", sanoo Clipper-tutkija Kurt Niebuhr.
Esimerkiksi Saturnuksen kuussa Enceladussa, merenpinnan valtamerestä jää purkautuu avaruuteen etelänavan halkeamien kautta.
Saturnuksen kuu saattaa myös nähdä erityistehtävän 2020-luvulla, mutta tohtori Niebuhr arvioi, että Eurooppa on houkuttelevampi kohde:”Eurooppa on paljon Enceladusa suurempi ja sillä on eniten: enemmän geologista aktiivisuutta, enemmän vettä, enemmän tilaa tälle vedelle, enemmän lämpöä. enemmän raaka-aineita ja enemmän vakautta ympäristössä."
On jotain muuta, joka saa tämän kuun erotumaan: sen ympäristö. Euroopan kiertorata kulkee syvällä Jupiterin magneettikentään, joka vangitsee ja kiihdyttää hiukkasia.
Tuloksena ovat voimakkaat säteilyvyöt, jotka paahtavat avaruusalusten elektroniikkaa, rajoittaen operaation kestot kuukausiin tai jopa viikkoihin. Tämä säteily aiheuttaa kuitenkin myös reaktioita Europan pinnalla, jolloin muodostuu hapettimia. Maapallolla biologia käyttää kemiallisia reaktioita hapettimien ja pelkistysaineina tunnettujen yhdisteiden välille elämän välttämättömän energian tuottamiseksi.
Pinnalle muodostuneet hapettimet ovat kuitenkin hyödyllisiä Europa-mikro-organismeille vain, jos ne voivat laskeutua merelle. Onneksi konvektioprosessi, joka työntää lämpimiä jääpisarat ylöspäin, voi myös pilata pintamateriaalia. Meressä olleet hapettimet voivat reagoida meriveden tuottamien pelkistimien kanssa reagoidessaan kovassa valtameren pohjassa.
"Tarvitset molemmat akun navat", Robert Pappalardo selittää.
Dr. Pappalardon kaltaisille tutkijoille edessä olevat tehtävät ovat unelma, joka toteutetaan kahden vuosikymmenen ajan. 1990-luvun lopulla kehitettiin ensimmäiset Eurooppa-operaatiota koskevat konseptit, joten ehdotuksia on hylätty yksi kerrallaan.
2000-luvulla Yhdysvallat ja Eurooppa jopa yhdistivät resursseja operaatioon, joka lähettäisi erilliset avaruusalukset Eurooppaan ja Jupiterin kuu Ganymede. Suunnitelma kuitenkin peruutettiin budjettileikkausten vuoksi, ja eurooppalainen osa meni Juice-operaatioon.
"En usko, että Euroopassa on ollut kuluneiden 18 vuoden aikana tehtävä, joka on ohittanut sormeni ja silmäni", Niebuhr sanoo.”Se on ollut pitkä matka. Tie aloittamiseen on aina ollut hankala, ja se on myös ollut täynnä pettymyksiä. Tunsimme sen ennen kaikkea Euroopan esimerkissä”.
Euroopan tutkiminen on kallista - tosin enempää kuin muut NASA: n lippulaivaoperaatiot, kuten Cassini tai Curiosity.
Suunnitteluun liittyy monimutkaisia haasteita, kuten työskentely Jupiterin säteilyvyöllä. Avaruusaluksen instrumentit on suojattava titaanimetallin kaltaisilla materiaaleilla, Pappalardo sanoo, mutta "heidän on voitava nähdä Europa".
Siksi, jotta Clipper olisi turvassa, NASA poikkeaa jonkin verran säännöistä.”Sen piti olla tällainen: Galileo lensi Europan ohi, joten seuraavan operaation tulisi olla kiertoradalla. Näin meillä on liiketoimintaa”, Niebuhr sanoo. Mutta sen sijaan, että päästäisiin Europa-kiertoradalle, Clipper vähentää operaation lyhentävän säteilyn vaikutusta asettamalla Jupiterin kiertoradalle ja suorittamalla vähintään 45 läheistä matkaa jäiseen kuuhun kolmen ja puolen vuoden aikana.
"Ymmärsimme, että voimme välttää nämä tekniset ongelmat pääsemällä Euroopan kiertoradalle, tehdä tehtävästä toteutettavissa ja samalla suorittaa kaikki tieteelliset tehtävät."
Auringonvalon voimakkuus on lähellä Eurooppaa kolmekymmentä kertaa heikompi kuin maan päällä. Mutta NASA päätti, että se voisi käyttää Clipperin aurinkopaneeleja, joten sen ei tarvitsisi käyttää radioisotooppigeneraattoreita kuten muutkin tehtävät. "Kaikki nämä tutkimuksen vuodet ovat pakottaneet meidät luopumaan vanhoista konsepteista ja keskittymään siihen, mikä on todella saavutettavissa olevaa, ei toivottua", Kurt Niebuhr sanoo.
Vuonna 2011 Yhdysvaltain ja Euroopan välisen operaation peruuttamisen jälkeen kansallisen tutkimusneuvoston raportissa vahvistettiin jäisen kuun tutkimuksen tärkeys. Siitä huolimatta NASA on edelleen varovainen kustannuksissa.
Laskeutuja ei saanut rahoitusta presidentin vuoden 2018 budjettipyynnössä NASA: lle. Mutta tohtori Jim Green, viraston planeettatieteiden johtaja, sanoo, että "tämä tehtävä on erittäin mielenkiintoinen, koska se kertoo meille tieteestä, jota voisimme tehdä satelliitin pinnalla".
”Meidän on mentävä läpi pitkä prosessi ymmärtääksemme mittaukset, jotka meidän on tehtävä. Sitten meidän on työskenneltävä hallinnon kanssa ja sovittava oikeaan aikaan, sovittava budjetista eteenpäin."
Viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana on ehdotettu erittäin innovatiivisia laskeutumiskonsepteja, jotka heijastavat tieteellistä anteliaisuutta, jota voidaan käyttää purkamisen jälkeen. Gearyne Jones Mullardin avarustutkimuslaboratoriosta on työskennellyt konseptin nimeltä "tunkeutuja".
"He eivät ole aiemmin menneet avaruuteen, mutta tekniikka on erittäin lupaava", hän selittää. Satelliittista ammuttu ammus osuu pintaan "erittäin kovalla, nopeudella noin 300 metriä sekunnissa, 1000 km / h", heittäen jäätä analysoitavaksi lisälaitteissa, joiden pitäisi pystyä vastustamaan pudotusta.
Päinvastoin, NASAn tuleva laskuri laskeutuu pehmeästi käyttämällä taivaanosturitekniikkaa, jota käytettiin Curiosity-roverin turvalliseen pudottamiseen Marsille vuonna 2012. Laskeutumisen aikana se käyttää itsenäistä laskujärjestelmää havaitsemaan ja estämään pintaan liittyvät vaarat reaaliajassa.
Clipper pystyy tarjoamaan tiedustelupaikan purkupaikalle.”Rakastan sitä ajatusta, että hän löytää sopivan keitaan, jossa vesi on lähellä pintaa. Ehkä on lämmin ja siellä on orgaanisia materiaaleja”, Pappalardo sanoo.
Alus varustetaan herkillä välineillä ja pyörivällä sahalla, joka tuottaa tuoreita näytteitä säteilyllä käsitellyn pintajään alta.
”Laskulaskurin on päästävä tuoreimpaan, koskemattomaan jäänäyttöön. Tätä varten hänen on kaivettava syvälle tai purkauduttava pintaan - luotava geyseri -, joka upottaa paljon tuoretta materiaalia pintaan”, Kurt Niebuhr sanoo.
Viime vuosina Hubble-teleskooppi on tehnyt alustavia havaintoja Europa-alueelta purkautuvien vesijääpurkausten tapaan, kuten Enceladus. Mutta ei ole mitään syytä käydä kymmenvuotisen purkauksen paikoissa - laitteen täytyy käydä paikassa, jolla on suhteellisen raikas purkaus.
Siksi tutkijoiden on ymmärrettävä, mikä ajaa näitä geysyrejä: esimerkiksi Clipper selvittää, liittyvätkö geyserit mahdollisiin pintapisteisiin.
Maapallon merialueet ovat täynnä elämää, joten meille on vaikea kuvitella steriiliä 100 km syvää merta Euroopassa. Mutta tieteellinen kynnys elämän havaitsemiseksi on asetettu erittäin korkeaksi. Pystymmekö tunnistamaan vieraan elämän, jos löydämme sen?
"Laskeutumistehtävän tavoitteena ei ole vain löytää elämä (tyydytykseemme), vaan vakuuttaa kaikki muutkin, että teimme sen", Niebuhr selittää. "Meille ei ole kovin hyvä sijoittaa tähän tehtävään, jos luomme vain tieteellisiä kiistoja."
Siksi ryhmä ehdotti kahta tapaa. Ensinnäkin kaiken elämän havaitsemisen on perustuttava useisiin riippumattomiin tietolinjoihin suorista mittauksista.
”Et voi tehdä yhtä mittausta ja sanoa: kyllä, siellä on eureka, löysimme sen. Tarkastelet kokonaismäärää”, Niebuhr sanoo. Toiseksi tutkijat ovat kehittäneet kehyksen tulosten tulkitsemiseksi. Jotkut niistä voivat olla positiivisia ja toiset negatiivisia.”Luodaan päätöspuu, joka käy läpi kaikki muuttujat. Seuraamalla kaikkia näitä eri polkuja saadaan lopputulos, yksi kahdesta asiasta: joko löysimme elämän tai emme löytäneet”, hän sanoo.
ILYA KHEL