Europa Clipper, Jüpiter’in uydusunun yaşanabilir olup olmadığını keşfetmeye yardımcı olabilir

Voyager sondalarının Jüpiter ve uydu sisteminin yanından geçtiği 1979’dan bu yana, bilim insanları Avrupa’da yaşam olasılığı hakkında spekülasyonlar yapıyorlar. Gezegensel modellemeye dayanarak, Europa’nın kayalık ve metalik bir çekirdek, buzlu bir kabuk ve manto ile 100 ila 200 km (62 ila 124 mil) derinliğinde olabilen sıvı su okyanusu arasında farklılaştığına inanılıyor. Bilim adamları, bu okyanusun, Jüpiter’in güçlü yerçekimsel alanıyla etkileşimin, Avrupa’nın çekirdeğinde jeolojik aktiviteye ve çekirdek-manto sınırındaki hidrotermal havalandırma deliklerine yol açtığı gelgit esnemesiyle korunduğunu teorileştiriyor.

Europa’nın potansiyel yaşanabilirliğini araştırmak, NASA’nın 10 Ekim 2024’te başlayacak ve Nisan 2030’da Jüpiter’in çevresine varacak olan Europa Clipper misyonunun ana amacıdır. Ancak, Europa’nın yaşanabilirliği birçok faktöre bağlı olduğundan bu, astrobiyologlar için bir zorluk teşkil etmektedir. işbirlikçi araştırma gerektiren birbiriyle ilişkili parametreler. Yakın zamanda yayınlanan bir makalede, NASA liderliğindeki araştırmacılardan oluşan bir ekip, Europa Clipper misyonunun hedeflerini gözden geçirdi ve ayın iç yapısı, bileşimi ve jeolojisi hakkında neler ortaya çıkarabileceğini öngördü.

Ekip, Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı (JHUAPL), Arizona Eyalet Üniversitesi Beyond Center, Woods Hole Oşinografi Enstitüsü (WHOI), Honeybee Robotics, Southwest Araştırma Enstitüsü (SwRI), Gezegen Bilimi Enstitüsü (SwRI) araştırmacılarından oluşuyordu. PSI), Ay ve Gezegen Laboratuvarı (LPL), NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi (GSFC) ve Jet Propulsion Laboratuvarı (JPL) ve birçok üniversite. “Europa Clipper ile Europa’nın Yaşanabilirliğini Araştırmak” başlıklı makaleleri yakın zamanda yayımlandı. yayınlanan içinde Uzay Bilimi İncelemeleri.

‘Yaşanabilirlik’ nedir?

Konu Dünya’nın ötesinde yaşam arayışına (diğer adıyla astrobiyoloji) gelince, insanlığın tüm çabaları şu anda Mars’a odaklanmış durumda. Dış güneş sistemine yönelik misyonlar “okyanus dünyaları” (iç okyanusları olan buzlu cisimler) hakkında ayrıntılı çalışmalar yürüttüğünde bu durum önümüzdeki yıllarda değişecek. Buna Europa, Ganymede, Titan, Enceladus, Triton ve muhtemelen Plüton ve Charon dahildir. Europa Clipper bu görevlerden ilki olacak ve onu 2031’de ESA’nın JUpiter ICy uyduları Gezgini (JUICE) takip edecek. Önümüzdeki dört yılını Jüpiter’in yörüngesinde dolaşarak ve Europa’nın yakın uçuşlarını yaparak, yüzeyini ve içini inceleyerek geçirecek. gelişmiş enstrüman takımı. Europa Çalışma Ekibi’nin 2012 raporunda özetlediği gibi:

“Jüpiter’in uydusu Europa, güneş sistemindeki okyanus dünyaları arasında bugün yaşama ev sahipliği yapma açısından en umut verici adaylardan biridir. Europa Clipper misyonu, Europa’nın yaşanabilirliğine ilişkin araştırmasında suyun, temel kimyasal elementlerin ve bileşiklerin ve enerjinin kaynağını anlamayı amaçlıyor. ve bu ayın ortamlarını yaşamı desteklemeye uygun hale getirmek için nasıl bir araya gelebileceklerini.”

NASA liderliğindeki ekibin çalışmalarında belirttiği gibi, Europa Clipper misyonunun amacı yaşamın kendisini tespit etmek değil, Europa’nın bildiğimiz şekliyle yaşamı destekleme yeteneğini değerlendirmek. Bu, Europa’nın iç okyanusunun varlığının doğrulanması (veya çürütülmesi) ve yaşamın gelişmesi için gerekli kimyasal ve enerji kaynaklarına sahip olup olmadığının belirlenmesinden oluşacaktır. Ancak Ay’ın yaşanabilirliğini araştırmadaki temel zorluklardan biri, kavramın doğasıdır. Bununla birlikte, ilgili parametreler uygun sıcaklıkları, basıncı, pH’ı, tuzluluğu ve bir çözücünün (su gibi) varlığını içerir.

NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’nda (JPL) Gezegensel İç Mekanlar ve Jeofizik Grubu Bölüm Müdür Yardımcısı Steven D. Vance aynı zamanda makalenin baş yazarıydı. Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi:

“Yaşanabilirlik, yaşamı destekleme potansiyelidir, ancak mutlaka yaşamın varlığı anlamına gelmez. Bazı ortamlar diğerlerinden daha yaşanabilirdir. Örneğin, yemyeşil bir yağmur ormanı, yaşam için bol miktarda su, iklim koşulları ve besin sağlar. Bunun tersine, Atacama çölünde yaşam için gerekli temel bileşenler (su, malzemeler (bileşim) ve enerji) vardır, ancak koşullar soğuk, kuru ve diğer açılardan elverişsiz olduğundan neredeyse hiçbir yaşam desteklenemez. yaşamın tespiti.”

Sınırları belirlemek

Örneğin, bilim adamları uzun süredir Europa’nın içindeki yaşamın, Dünya okyanuslarındaki hidrotermal menfezlerin çevresinde gözlemlenen yaşam türlerine benzeyebileceğini öne sürüyorlardı. Bu, aşırı ortamlarda gelişebilen ve enerji için güneş ışığına bağımlı olmayan organizmalar olan ekstremofilleri içerir. Örnekler arasında aşırı basınç altında bulunabilen barofiller ve aşırı sıcaklıkta yaşayan termofiller yer alır. Bu organizmalar, yaşamın hayatta kalabileceği koşullara ilişkin üst sınırları belirler ve Europa’da yaşamın mümkün olup olmadığına dair kısıtlamalar sunar. Vance şöyle dedi:

“Europa Clipper misyonu, okyanusunun ayrıntılı özelliklerini anlamak için Europa’nın jeolojisi, bileşimi ve iç yapısıyla ilgili çalışmaları sentezleyecek. Yapacağı temel şeyler arasında okyanusun ne kadar kalın olduğunu ve gelgit ısısının okyanusta nerede yoğunlaştığını bulmak olacak. buz, okyanus ve kayalık iç kısım. Europa’nın yaşanabilirliğini anlama hedefimize ulaşmak için, 10 cihazdan oluşan setin tamamının ölçümlerini sentezlememiz gerekecek.”

Europa’nın yaşanabilirliğini araştırmak için Europa Clipper misyonunun üç temel bilim hedefi var. Bunlar arasında buz kabuğunun ve herhangi bir yüzey altı suyunun, bunların bileşiminin, okyanusun özelliklerinin ve yüzey buzu ile okyanus arasındaki değişimin doğasının karakterizasyonu; karbon içeren bileşikler de dahil olmak üzere yüzeydeki ve atmosferdeki buz olmayan malzemelerin bileşiminin tanımlanması; ve jeolojik yüzey özelliklerinin ve yüksek bilim ilgisine sahip bölgelerin karakterize edilmesi. Yaşanabilirlik birbirine bağlı birçok fiziksel ve kimyasal parametre ve sürece bağlı olduğundan, aşağıdaki araçlarla çoklu ölçümler sentezlenecektir.

Clipper, kameralar açısından, Europa’nın yüksek çözünürlüklü görüntülerini üretecek, her biri sekiz megapiksel sensöre sahip geniş açılı ve dar açılı kameralardan oluşan Europa Görüntüleme Sistemine (EIS) güvenecek. jeolojik aktiviteyi inceleyin, yüzey yüksekliklerini ölçün ve diğer araçlar için bağlam sağlayın. Ayrıca, Europa’da sıcak sıvı suyun yüzeye yakın olabileceği (veya püskürmüş olabileceği) bölgeleri tanımlayacak ve yüzeyin küçük ölçekli özelliklerini anlamak için yüzey dokusunu ölçecek Europa Termal Emisyon Görüntüleme Sistemi (E-THEMIS) de bulunmaktadır.

Clipper, spektroskopik incelemeler için Europa UltraViolet Spektrografını (Europa-UVS) taşıyacak: Europa’nın atmosferik gazlarının ve yüzey malzemelerinin bileşiminin belirlenmesine ve Europa yakınlarında duman faaliyeti belirtilerinin araştırılmasına yardımcı olacak. Gezegen Araştırmaları için MAss Spektrometresi (MASPEX), Europa’nın soluk atmosferindeki gazları ve olası dumanları analiz edecek ve ayın şüpheli yüzey altı okyanusunun kimyasını, okyanus ve yüzeyin nasıl malzeme alışverişinde bulunduğunu ve radyasyonun ay yüzeyindeki bileşikleri nasıl değiştirdiğini inceleyecek.

Clipper, Europa çevresindeki plazma ve manyetik ortamı karakterize etmek için Europa Clipper Manyetometresini (ECM) kullanarak Europa okyanusunun varlığını doğrulayacak, derinliğini ve tuzluluğunu ölçecek, ayın buz kabuğu kalınlığını ölçecek ve Europa’nın iyonize atmosferinin Jüpiter’in iyonize atmosferiyle nasıl etkileşime girdiğini inceleyecek. atmosfer. Manyetik Sondaj için Plazma Cihazı (PIMS), Europa’nın iyonosferini ve Jüpiter’in manyetik alanında hapsolmuş plazmayı ölçecek. Ayrıca Jüpiter’in manyetik alanı ile Europa’nın okyanusu hakkında bilgi taşıyan Europa’nın indüklenmiş manyetik alanı arasında ayrım yapmaya çalışacak.

Yerçekimi ve Radyo Bilimi (G/RS) cihazı, Europa’nın nasıl esnediğini göstermek ve iç yapısının ortaya çıkarılmasına yardımcı olmak için Europa’nın yerçekimini çeşitli noktalarda ölçecek. Aynı zamanda, Europa Değerlendirme ve Sondaj Radarı: Okyanustan Yüzeye Yakın (REASON), ayın şüpheli okyanusu için Europa’nın buzlu kabuğunu araştıracak ve buzun yapısını ve kalınlığını inceleyecek. Ayrıca ayın yüzeyindeki yükseklikleri, bileşimini ve pürüzlülüğünü inceleyecek ve atmosferinde tüyleri arayacak.

Son olarak, buzların, tuzların, organiklerin ve Europa’daki en sıcak noktaların dağılımını haritalayacak olan Europa Haritalama Görüntüleme Spektrometresi (MISE) tarafından kimyasal analiz gerçekleştirilecek. Yüzey Toz Analiz Cihazı (SUDA), çarpmalar ve duman bulutlarının kanıtları nedeniyle Europa’nın yüzeyinden fırlatılan toz parçacıklarını arayacaktır. Ayrıca malzemenin kimyasını ve menşe alanını tanımlayacak ve Europa’nın okyanus tuzluluğuna dair ipuçları sunacak.

Uzun bir keşif tarihi

Belirtildiği gibi, Voyager sondaları 1979’da sistemden geçtiğinden beri bilim insanları Europa’ya hayran kaldı. Bu görevler, Dünya’daki buz akışlarına benzeyen kesişen doğrusal özelliklerin de gösterdiği gibi, Europa’nın jeolojik olarak aktif olduğunu gösterdi. Io’da volkanların keşfi (gelgit esnemesinin sonucu), Europa’nın iç kısmında da volkanik aktivite yaşayabileceği yönünde spekülasyonlara yol açtı. Bu, yalnızca iki yıl önce Dünya’daki hidrotermal deliklerin keşfiyle aynı zamana denk geldi; bu, yaşamın (güneş ışığı yerine) iç enerjiyle desteklenebileceğini gösterdi.

Galileo sondası, 1989’da gelen ve Jüpiter’i ve uydularını özel olarak inceleyen ilk görevdi. Bu görevin Jüpiter’in yörüngesinde geçirdiği yedi yıldan fazla süre boyunca elde ettiği veriler, Europa’nın potansiyel yaşanabilirliğine dair ek kanıtlar sağladı. Bu, buzlu yüzeyin altında bir sıvı-tuzlu su tabakası bulunduğunu öne süren manyetik verileri ve yüzeydeki kil benzeri minerallerin (genellikle organik malzemelerle ilişkili) tespitini içeriyordu. Bilim adamları, bu görevlerden yola çıkarak, 3 ila 50 km (1,8 ila 31 mil) buzun altında onlarca ila yüzlerce kilometre derinliğinde bir okyanusun bulunduğu Europa için “en uygun” modeli geliştirdiler.

Geçtiğimiz on yılda Hubble Uzay Teleskobu, Europa’nın yüzeyinden yayılan su buharı ve bulut faaliyetinin kanıtlarını gösteren çok sayıda görüntü elde etti. Son zamanlarda James Webb Uzay Teleskobu yüzeyde, yeniden yüzeye çıkma yoluyla iç kısımdan aktarılmış olabilecek karbondioksit tespit etti. Doğrulanırsa bu, yüzey altı okyanusunun yaşam için gerekli bir bileşen ve organik maddeler için bir yapı taşı olan karbona sahip olduğu anlamına gelecektir. Europa Clipper misyonu, Jüpiter’e ulaştığında bu etkileyici temel üzerine inşa edilecek ve bu “okyanus dünyasının” gizeminin çözülmesine yardımcı olacak.

Bu misyonun sonuçları, dış güneş sistemine gidecek gelecekteki misyonlar için bilgi sağlamaya yardımcı olacak. Bunlar arasında, ayın buzlu yüzeyini ve bulutlarını daha yakından incelemek için yüzeye inecek önerilen Europa Lander da bulunuyor. Vance’in şu sonuca vardığı gibi:

“Europa Clipper’dan Europa hakkında öğrendiğimiz her şey gelecekteki görevler için en iyi tasarımları mümkün kılacak. Örneğin, yüzeyin yüksek çözünürlüklü haritalanması, iniş için bilimsel açıdan en ilgi çekici ve en güvenli yerleri belirlememize olanak tanıyacak. Buz kalınlığını ve bileşimini bilmek, Buza, muhtemelen aşağıdaki okyanusa kadar nüfuz edecek şekilde tasarlanmış matkaplar tasarlamayı mümkün kılacağız.”