Na twintig jaar van ups en downs, ontwikkeling en inkrimping, staan wetenschappers op het punt missies te sturen om de oceanische wereld van Europa te verkennen. Zou dit onze beste kans kunnen zijn om overal in het zonnestelsel leven te vinden? Europa is tenslotte een heel kleine wereld in een baan om de reuzenplaneet Jupiter, zelfs kleiner dan de maan van de aarde. Van een afstand ziet Europa eruit als een grillig web van donkere strepen, als een rommelige potloodtekening van een peuter. In de buurt worden lange lineaire scheuren in het ijs gevonden, die zich in sommige gevallen uitstrekken over duizenden kilometers. Velen zijn gevuld met een onbekende verontreiniging die wetenschappers "bruine modder" noemen. Elders is het oppervlak ongelijk en verbrijzeld, alsof massieve platen ijs drijven, ronddraaien en flippen in smeltende sneeuw.
De krachtige zwaartekracht van Jupiter helpt bij het genereren van getijdekrachten die de maan vele malen uitrekken en verzwakken. Maar de spanningen die het gefragmenteerde landschap van Europa hebben veroorzaakt, worden het best verklaard door de ijslaag die in een oceaan van vloeibaar water drijft.
"Het feit dat er zich onder het oppervlak van Europa vloeibaar water bevindt, dat we kennen van eerdere missies, met name van magnetometerwaarnemingen verzameld door Galileo in de jaren negentig, maakt het een van de meest interessante potentiële doelen voor de zoektocht naar leven", zegt professor Andrew Coates van het Mullard Space Research Laboratory in Surrey, VK.
De zoute diepte van Europa kan 80-170 kilometer diep in de satelliet reiken, wat betekent dat het twee keer zoveel vloeibaar water kan bevatten als alle oceanen op aarde.
Hoewel water een van de belangrijkste voorwaarden voor leven is, kunnen de oceanen van Europa nog andere hebben, zoals een bron van chemische energie voor microben. Bovendien kan de oceaan op een aantal manieren in wisselwerking treden met het oppervlak, waaronder warme ijsdruppels die van onder naar boven op de ijslaag opstijgen. Daarom kan het bestuderen van het oppervlak aanwijzingen geven over wat er in de oceaan gebeurt.
Nu lanceert NASA twee missies om deze intrigerende wereld te verkennen. Beiden werden besproken op de 48e Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) in Houston.
De eerste is een flyby-missie genaamd Europa Clipper, die waarschijnlijk in 2022 zal plaatsvinden. De tweede is een landingsmissie die een paar jaar later zal volgen.
Promotie video:
Dr. Robert Pappalardo van NASA's Jet Propulsion Laboratory is een Clipper Scientist.
"We proberen de potentiële bewoonbaarheid van Europa, de ingrediënten voor het leven: water en de beschikbaarheid van mogelijke chemische energie voor het leven, te begrijpen", zegt hij. “We doen dit door te proberen de oceaan en de ijslaag, de samenstelling en de geologie te begrijpen. En alles bij elkaar demonstreren ze het niveau van de huidige activiteit van Europa”.
De Clipper heeft een lading van negen gereedschappen, waaronder een camera die het grootste deel van het oppervlak kan vastleggen; spectrometers om de samenstelling ervan te begrijpen; ijsdoorlatende radar voor het in kaart brengen van de ijslaag in drie dimensies en het vinden van water onder de ijslaag; magnetometer om de oceaan te karakteriseren.
Maar sinds het Galileo-ruimtevaartuig in de jaren negentig het bewijs leverde van de oceaan, weten we dat Europa niet de enige in zijn soort is.
"In de afgelopen tien jaar zijn we verrast om te ontdekken dat het onmogelijk is om naar het buitenste zonnestelsel te reizen en niet in botsing te komen met de oceaanwereld", zegt Clipper-wetenschapper Kurt Niebuhr.
Op Saturnusmaan Enceladus bijvoorbeeld barst ijs uit de ondergrondse oceaan door scheuren aan de zuidpool de ruimte in.
De Saturnische satelliet ziet misschien ook een speciale missie in de jaren 2020, maar Dr. Niebuhr denkt dat Europa een aantrekkelijker doelwit is: “Europa is veel groter dan Enceladus en heeft het meeste: meer geologische activiteit, meer water, meer ruimte voor dat water, meer warmte. meer grondstoffen en meer stabiliteit in de omgeving."
Er is nog iets dat deze maan doet opvallen: zijn omgeving. Europa's baanbaan gaat diep in het magnetische veld van Jupiter, dat deeltjes opvangt en versnelt.
Het resultaat zijn gordels met intense straling die de elektronica van ruimtevaartuigen roosteren, waardoor de duur van de missie wordt beperkt tot maanden of zelfs weken. Deze straling veroorzaakt echter ook reacties op het oppervlak van Europa, waardoor oxidanten ontstaan. Op aarde gebruikt biologie chemische reacties tussen oxidanten en verbindingen die bekend staan als reductiemiddelen om de nodige energie voor het leven te leveren.
Oxidanten die aan het oppervlak worden gevormd, zijn echter alleen gunstig voor de micro-organismen in Europa als ze in de oceaan kunnen afdalen. Gelukkig kan het convectieproces dat warme ijsdruppels naar boven duwt, ook oppervlaktemateriaal eroderen. Eenmaal in de oceaan kunnen oxidanten reageren met reductiemiddelen geproduceerd door zeewater, die reageren op de harde oceaanbodem.
“Je hebt beide polen van de batterij nodig”, legt Robert Pappalardo uit.
Voor wetenschappers als Dr. Pappalardo zijn de missies die voor ons liggen een droom die uitkomt voor twee decennia. Sinds de eerste concepten voor een missie naar Europa eind jaren negentig werden ontwikkeld, werden de voorstellen stuk voor stuk tegengewerkt.
In de jaren 2000 bundelden de Verenigde Staten en Europa zelfs middelen voor een missie die afzonderlijke ruimtevaartuigen naar Europa zou sturen en Jupiters maan Ganymedes. Maar het plan werd geannuleerd vanwege bezuinigingen en het Europese deel liep over in de Juice-missie.
"Ik denk niet dat er de afgelopen 18 jaar een missie naar Europa is geweest die mijn vingers en ogen is gepasseerd", zegt Niebuhr. 'Het is een lange reis geweest. De weg naar de lancering is altijd een netelige weg geweest, maar ook vol teleurstellingen. We voelden het vooral aan het voorbeeld van Europa”.
Het verkennen van Europa is duur, maar niet meer dan andere NASA-vlaggenschipmissies zoals Cassini of Curiosity.
Er zijn complexe technische uitdagingen, zoals het werken in de stralingsgordels van Jupiter. De instrumenten van het ruimtevaartuig moeten worden afgeschermd met materialen zoals titaniummetaal, zegt Pappalardo, maar 'ze moeten Europa kunnen zien'.
Om Clipper veilig te houden, zal NASA daarom enigszins afwijken van de regels. “Het had zo moeten zijn: Galileo vloog langs Europa, dus de volgende missie zou in een baan om de aarde moeten zijn. Dit is hoe we zaken doen”, zegt Niebuhr. Maar in plaats van de baan van Europa binnen te gaan, zal Clipper de impact van missie-verkortende straling verminderen door de baan van Jupiter binnen te gaan en in drie en een half jaar minstens 45 nabije missies naar de ijskoude maan te maken.
"We realiseerden ons dat we deze technische problemen bij het betreden van de baan van Europa konden vermijden, de missie haalbaarder konden maken en tegelijkertijd alle wetenschappelijke taken konden vervullen."
De intensiteit van het zonlicht nabij Europa is dertig keer zwakker dan op aarde. Maar NASA besloot dat het de zonnepanelen van Clipper kon voeden, zodat het geen radio-isotopengeneratoren hoefde te gebruiken zoals bij andere missies. "Al die jaren van onderzoek hebben ons gedwongen om oude concepten te verlaten en ons te concentreren op wat eigenlijk haalbaar is, niet gewenst", zegt Kurt Niebuhr.
In 2011, na de annulering van de VS-Europese missie, bevestigde een rapport van de National Research Council het belang van het bestuderen van de ijzige maan. Desondanks is NASA nog steeds voorzichtig met de kosten.
De lander ontving geen financiering in het budgetverzoek van de president voor 2018 voor NASA. Maar Dr. Jim Green, directeur planetaire wetenschappen bij het bureau, zegt: "Deze missie is buitengewoon opwindend omdat het ons zal vertellen over de wetenschap die we zouden kunnen doen op het oppervlak van een satelliet."
“We moeten een lang proces doorlopen om te begrijpen welke metingen we moeten doen. Dan moeten we samenwerken met de administratie en het juiste moment plannen, het budget afspreken om verder te gaan."
In de afgelopen twintig jaar zijn er zeer innovatieve landerconcepten voorgesteld, die de wetenschappelijke vrijgevigheid weerspiegelen die na de landing kan worden gebruikt. Gearyne Jones van het Mullard Space Research Laboratory heeft gewerkt aan een concept dat een "penetrator" wordt genoemd.
"Ze zijn nog niet eerder de ruimte ingegaan, maar de technologie is veelbelovend", legt hij uit. Het projectiel, afgevuurd door de satelliet, raakt het oppervlak "heel hard, met een snelheid van ongeveer 300 meter per seconde, 1000 km / u", waarbij ijs wordt weggegooid voor verdere analyse door instrumenten aan boord, die de val zouden moeten kunnen weerstaan.
Daarentegen zal de toekomstige NASA-lander zacht landen met behulp van de "sky crane" -technologie die werd gebruikt om de Curiosity-rover veilig op Mars te laten vallen in 2012. Tijdens de landing gebruikt het een autonoom landingssysteem om gevaren op het oppervlak in realtime te detecteren en te voorkomen.
Clipper zal verkenning kunnen verzorgen voor de landingsplaats. “Ik hou van het idee dat hij een geschikte oase zal vinden waar het water dicht bij de oppervlakte is. Misschien komt er warmte en organische materialen”, zegt Pappalardo.
Het vat zal worden uitgerust met gevoelige instrumenten en een draaiende zaag die verse monsters van onder het met straling behandelde ijs aan de oppervlakte zal leveren.
“De lander zal naar het meest verse, ongerepte ijsmonster moeten gaan. Om dit te doen, zal hij diep moeten graven of aan de oppervlakte moeten uitbarsten - een geiser maken - die veel vers materiaal naar de oppervlakte zal dumpen,”zegt Kurt Niebuhr.
In de afgelopen jaren heeft de Hubble-telescoop voorlopige waarnemingen gedaan van uitbarstingen van waterijs dat onder Europa vandaan komt, vergelijkbaar met die van Enceladus. Maar het heeft geen zin om de plaatsen van uitbarstingen van tien jaar te bezoeken - het apparaat moet een plaats bezoeken met een relatief verse uitworp.
Daarom moeten wetenschappers begrijpen wat deze geisers drijft: Clipper zal bijvoorbeeld bepalen of geisers worden geassocieerd met hotspots op het oppervlak.
De uitgestrekte zee van de aarde wemelt van het leven, dus het is moeilijk voor ons om ons een steriele 100 km diepe oceaan in Europa voor te stellen. Maar de wetenschappelijke drempel voor het detecteren van leven is erg hoog. Zullen we buitenaards leven kunnen herkennen als we het vinden?
"Het doel van de landingsmissie is niet alleen om het leven (naar onze tevredenheid) te ontdekken, maar om iedereen ervan te overtuigen dat we het hebben gedaan", legt Niebuhr uit. "Het zal niet erg goed voor ons zijn om in deze missie te investeren als we alleen maar wetenschappelijke controverse creëren."
Daarom stelde het team twee manieren voor. Ten eerste moet elke detectie van leven gebaseerd zijn op meerdere onafhankelijke datalijnen van directe metingen.
“Je kunt niet één meting doen en zeggen: ja, er is eureka, die hebben we gevonden. Je kijkt naar het totaal”, zegt Niebuhr. Ten tweede hebben wetenschappers een raamwerk ontwikkeld om deze resultaten te interpreteren, waarvan sommige positief en andere negatief kunnen zijn. “Er wordt een beslissingsboom gemaakt die alle verschillende variabelen doorloopt. Door al deze verschillende paden te volgen, krijgen we het eindresultaat, een van de volgende twee dingen: of we hebben het leven gevonden of niet,”zegt hij.
ILYA KHEL
