Pärast kahekümneaastast tõusu ja mõõna, arengut ja langust on teadlased Euroopa ookeanimaailma uurimiseks vajalike missioonide tipus. Kas see võib olla meie parim võimalus leida elu kusagil päikesesüsteemis? Lõppude lõpuks on Euroopa väga pisike maailm, mis tiirleb ümber hiiglasliku planeedi Jupiteri, isegi väiksem kui Maa Kuu. Eemalt vaadates näeb Euroopa välja nagu tumedate ribade sakiline võrk, nagu väikelapse räpane pliiatsijoonistus. Jää lähedal on pikad lineaarsed praod, mis ulatuvad mõnel juhul tuhandete kilomeetriteni. Paljud on täidetud tundmatu saasteainega, mida teadlased nimetavad "pruuniks mudaks". Mujal on pind ebaühtlane ja purunenud, nagu triiviksid, pöörleksid ja libiseksid massiivsed jäätahvlid.
Jupiteri võimas gravitatsioon aitab genereerida loodejõude, mis venitavad ja nõrgestavad Kuu mitu korda. Kuid Euroopa killustatud maastiku tekitanud pinged on kõige paremini seletatavad vedela veega ookeanis hõljuva jääkestaga.
"Fakt, et Europa pinna all on vedel vesi, nagu me teame varasematest missioonidest, eriti Galileo poolt 1990ndatel kogutud magnetomeetri vaatlustest, muudab selle üheks elu huvitavamaks potentsiaalseks sihtmärgiks," ütleb professor Andrew Coates. Suurbritannias Surreys asuvast Mullardi kosmoseuuringute laborist.
Europa soolane sügavus võib ulatuda satelliidi sügavuseni 80–170 kilomeetrit, mis tähendab, et see võib sisaldada kaks korda rohkem vedelat vett kui kõik Maa ookeanid.
Ehkki vesi on elu üks olulisemaid eeltingimusi, võib Euroopa ookeanidel olla ka teisi, näiteks mikroobide keemilise energia allikas. Veelgi enam, ookean saab pinnaga suhelda mitmel viisil, sealhulgas soojade jäätilkade abil, mis tõusevad jääkesta alt üles. Seetõttu võib pinna uurimine anda vihjeid ookeanis toimuvale.
Nüüd käivitab NASA selle intrigeeriva maailma uurimiseks kaks missiooni. Mõlemaid arutati 48. kuu- ja planeediteaduse konverentsil (LPSC) Houstonis.
Esimene neist on lendklubi missioon nimega Europa Clipper, mis toimub tõenäoliselt 2022. aastal. Teine on maandumismissioon, mis järgneb mõni aasta hiljem.
Reklaamvideo:
NASA reaktiivmootorite laboratooriumi dr Robert Pappalardo on teadur.
"Üritame mõista Euroopa võimalikku elamiskõlblikkust, selle elu koostisosi: vett ja kogu eluks vajaliku keemilise energia kättesaadavust," ütleb ta. „Me teeme seda nii, et proovime mõista ookeani ja jääkesta, koostist ja geoloogiat. Ja kõik koos näitavad nad Euroopa praeguse aktiivsuse taset”.
Clipperil on üheksa tööriista, sealhulgas kaamera, mis jäädvustab suurema osa pinnast; spektromeetrid selle koostise mõistmiseks; jää läbilaskev radari jääkesta kolmemõõtmeliseks kaardistamiseks ja jääkoori alt vee leidmiseks; magnetomeeter ookeani iseloomustamiseks.
Kuna aga Galileo kosmoselaev esitas 1990. aastatel ookeani kohta tõendeid, siis teame, et Euroopa pole ainus omalaadne.
"Viimase kümne aasta jooksul oleme üllatunud, et päikesesüsteemi välimisele teekonnale sõitmine ja ookeanimaailmaga kokkupõrkel võimatu on," ütleb Clipperi teadlane Kurt Niebuhr.
Näiteks Saturni kuul Enceladusel purskub maa-aluse ookeani jää lõunapooluse pragude kaudu kosmosesse.
Saturnuse satelliit võib näha ka erimissiooni 2020. aastatel, kuid dr Niebuhr leiab, et Euroopa on atraktiivsemaks sihtmärgiks: “Euroopa on Enceladusest palju suurem ja sellel on kõige rohkem: rohkem geoloogilist aktiivsust, rohkem vett, selle vee jaoks rohkem ruumi, rohkem soojust. rohkem toorainet ja keskkonnasõbralikum."
On veel midagi, mis eristab seda kuud silma paista: selle ümbrus. Europa orbitaaltee läheb sügavale Jupiteri magnetvälja, mis hõivab ja kiirendab osakesi.
Tulemuseks on intensiivsed kiirgusvööd, mis röstivad kosmoselaevade elektroonikat, piirates missiooni kestust kuude või isegi nädalatega. Kuid see kiirgus põhjustab ka reaktsioone Europa pinnal, tekitades oksüdeerijaid. Maal kasutab bioloogia eluks vajaliku energia saamiseks keemilisi reaktsioone oksüdeerijate ja redutseerijatena tuntud ühendite vahel.
Pinnale tekkinud oksüdeerijad on Europa mikroorganismidele kasulikud aga ainult siis, kui nad suudavad laskuda ookeani. Õnneks võib konvektsiooniprotsess, mis surub soojad jäätilgad ülespoole, ka pinnamaterjali. Ookeanis olles võivad oksüdeerijad reageerida merevee toodetud redutseerijatega, reageerides kõva ookeani põhjas.
“Teil on vaja mõlemat aku poolust,” selgitab Robert Pappalardo.
Teadlaste jaoks, nagu dr Pappalardo, on eesseisvad missioonid kahe aastakümne pikkune unistus. Pärast seda, kui 1990. aastate lõpus töötati välja esimesed ideed Euroopasse suunamiseks, on ettepanekud ükshaaval läbi kukkunud.
2000. aastatel ühendasid USA ja Euroopa ressursid isegi missiooniks, mis saadaks Euroopasse eraldi kosmoselaevad ja Jupiteri kuule Ganymede. Kuid plaan tühistati eelarvekärbete tõttu ja Euroopa osa läks üle Mahla missioonile.
"Ma ei usu, et viimase 18 aasta jooksul on olnud mulle missioon, mis on mul sõrmedest ja silmadest mööda läinud," ütleb Niebuhr. “See on olnud pikk teekond. Tee käivitamiseks on alati olnud keerukas ja ka see on täis pettumusi. Tundsime seda kõige rohkem Euroopa näitel”.
Euroopa uurimine on kulukas - ehkki mitte rohkem kui muud NASA lipulaevad, näiteks Cassini või Curiosity.
Insenertehnilisi väljakutseid on keeruline, näiteks töötamine Jupiteri kiirgusvöödes. Kosmoseaparaadi instrumendid peavad olema varjatud selliste materjalidega nagu titaanmetall, väidab Pappalardo, kuid "nad peavad saama Euroopat näha".
Clipperi ohutuse tagamiseks kaldub NASA reeglitest mõnevõrra kõrvale. “See pidi olema selline: Galileo lendas Euroopast mööda, nii et järgmine missioon peaks olema orbiidil. Nii me äri teeme,”ütleb Niebuhr. Kuid selle asemel, et siseneda Europa orbiidile, vähendab Clipper missioonide lühendamise kiirguse mõju, sisenedes Jupiteri orbiidile ja teeb kolme ja poole aasta jooksul vähemalt 45 lähedast missiooni jäisele kuule.
"Mõistsime, et suudame vältida neid Euroopa orbiidile sisenemise tehnilisi probleeme, muuta missioon teostatavamaks ja samal ajal täita kõiki teaduslikke ülesandeid."
Päikesevalguse intensiivsus Europa lähedal on kolmkümmend korda nõrgem kui Maa peal. Kuid NASA otsustas, et see võib Clipperi päikesepaneele toita, seega ei pea ta kasutama radioisotoopide generaatoreid nagu muud missioonid. "Kõik need uurimistöö aastad on sundinud meid loobuma vanadest kontseptsioonidest ja keskenduma sellele, mis on tegelikult saavutatav, mitte soovitav," ütleb Kurt Niebuhr.
Pärast USA-Euroopa missiooni tühistamist kinnitas 2011. aastal riikliku teadusnõukogu raport jäise kuu uurimise olulisust. Hoolimata sellest, on NASA kulude osas endiselt ettevaatlik.
Lander ei saanud presidendi NASA 2018. aasta eelarvetaotluses rahastust. Agentuuri planeediteaduste direktor dr Jim Green ütleb aga, et "see missioon on äärmiselt põnev, kuna see räägib meile teadusest, mida me võiksime satelliidi pinnal teha".
„Peame läbima pika protsessi, et mõista, milliseid mõõtmisi peame tegema. Siis peame tegema koostööd administratsiooniga ja planeerima õige aja, leppima kokku eelarve edasiliikumiseks."
Viimase kahekümne aasta jooksul on välja pakutud väga uuenduslikud maandumiskontseptsioonid, mis kajastavad teaduslikku heldekäelisust, mida saab kasutada pärast maandumist. Gelarne Jones Mullardi kosmoseuuringute laborist on töötanud välja idee, mida nimetatakse "penetratoriks".
"Nad pole varem kosmosesse läinud, kuid tehnoloogia on väga paljutõotav," selgitab ta. Satelliidilt tulistatud mürsk tabab pinda "väga kõvasti, kiirusega umbes 300 meetrit sekundis, 1000 km / h", visates jää pardal olevate instrumentide abil edasiseks analüüsiks välja, mis peaks vastu pidama kukkumistele.
Seevastu maandub NASA tulevane maandur pehmelt, kasutades "taevakraana" tehnoloogiat, mida kasutati Curiosity roveri ohutuks langetamiseks Marsile 2012. aastal. Maandumise ajal kasutab ta autonoomset maandumissüsteemi, et reaalajas maapealseid ohte tuvastada ja ära hoida.
Clipper suudab maandumisplatsi tutvustada. „Mulle meeldib mõte, et ta leiab sobiva oaasi, kus vesi on pinna lähedal. Võib-olla tuleb sooja ja seal on orgaanilisi materjale,”ütleb Pappalardo.
Laev varustatakse tundlike instrumentide ja pöörleva saega, mis annab kiirgusega töödeldud pinnajää alt värskeid proove.
„Maandur peab jõudma värskeimasse, põlisesse jääproovi. Selleks peab ta kaevama pinna sügavale või purskama - looma geisri -, mis laseb pinnale palju värsket materjali,”ütleb Kurt Niebuhr.
Viimastel aastatel on Hubble'i teleskoop teinud esialgseid tähelepanekuid Europa alt purskavate veejää puhangute kohta, mis on sarnased Enceladuse omadega. Kuid kümneaastaste pursete kohti pole mõtet külastada - seade peab külastama kohta, kus on suhteliselt värske väljutus.
Seetõttu peavad teadlased aru saama, mis neid geisreid juhib: näiteks Clipper teeb kindlaks, kas geisreid seostatakse pinna mingite kuumade punktidega.
Maa merelaiused varitsevad elu, nii et meil on raske ette kujutada steriilset 100 km sügavust ookeani Euroopas. Kuid teaduslik lävi elu tuvastamiseks on seatud väga kõrgele. Kas suudame võõrast elu ära tunda, kui selle leiame?
"Maandumismissiooni eesmärk pole mitte ainult elu avastamine (meie rahuloluks), vaid ka kõigi teiste veenmine, et me seda tegime," selgitab Niebuhr. "Meile pole väga hea sellesse missiooni investeerida, kui kõik, mida loome, on teaduslikud poleemikad."
Seega soovitas meeskond kahte viisi. Esiteks peab igasugune elu tuvastamine põhinema otsestel mõõtmistel saadud mitmest sõltumatust andmeliinist.
„Te ei saa ühte mõõtmist teha ja öelda: jah, seal on eureka, me leidsime selle üles. Te vaatate koguarvu,”ütleb Niebuhr. Teiseks on teadlased välja töötanud raamistiku nende tulemuste tõlgendamiseks, millest mõned võivad olla positiivsed ja teised negatiivsed. „Luuakse otsustuspuu, mis läbib kõik erinevad muutujad. Kõigi nende erinevate radade läbimisel saame lõpptulemuse, mis on üks kahest asjast: kas leidsime elu või ei,”ütles ta.
ILYA KHEL
