JUICE:Ποια μυστικά κρύβονται κάτω από την παγωμένη επιφάνεια των φεγγαριών του Δία;

Βαθιά κάτω από τον αλμυρό ωκεανό, ο πυθμένας της θάλασσας είναι ραγισμένος. Καυτά αέρια από τα κάτω στρώματα εισρέουν στο νερό, διατηρώντας αποικίες μικροβιακής ζωής που βγάζουν μια ύπαρξη μακριά από την ηλιοβασιλεμένη επιφάνεια.

Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν μια σκηνή από τον πυθμένα των αχανών ωκεανών της Γης, αλλά στην πραγματικότητα είναι μια πιθανή περιγραφή της Ευρώπης - ενός από τα παγωμένα φεγγάρια που περιστρέφονται γύρω από τον Δία. Και χάρη στην επερχόμενη αποστολή Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), ίσως έχουμε επιτέλους την ευκαιρία να μάθουμε πόσο ακριβής είναι αυτή η περιγραφή.

Οι αστροβιολόγοι - επιστήμονες που αναζητούν σημάδια ζωής πέρα ​​από τα όρια του πλανήτη μας - έχουν από καιρό τηρήσει ένα απλό μάντρα:ακολουθήστε το νερό. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε ζωντανό ον στη Γη, από το πιο μικροσκοπικό βακτήριο μέχρι την πανίσχυρη μπλε φάλαινα, χρειάζεται υγρό νερό για να επιβιώσει. Ενώ η εξωγήινη ζωή χωρίς νερό μπορεί να είναι δυνατή, η αναζήτηση αυτού του μοριακού γάμου μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου είναι ένα εξαιρετικό μέρος για να ξεκινήσετε.

Στο κυνήγι του H2O, έχουν γίνει πολλά για την κατοικήσιμη ζώνη – τον ​​στενό δακτύλιο γύρω από ένα αστέρι όπου η θερμοκρασία είναι ακριβώς κατάλληλη για υγρό νερό. Η Γη βρίσκεται σε αυτή την περιοχή, έτσι το μεγαλύτερο μέρος του νερού μας ούτε παγώνει ούτε βράζει. Αλλά η κατοικήσιμη ζώνη είναι μια ατελής έννοια.

«Τουλάχιστον πέντε αντικείμενα στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα έχουν ωκεανούς κάτω από την επιφάνεια», λέει ο Δρ Μαρκ Φοξ-Πάουελ, αστροβιολόγος στο Ανοικτό Πανεπιστήμιο. Όλα είναι πολύ πέρα ​​από τις εξωτερικές περιοχές της παραδοσιακής κατοικήσιμης ζώνης. Τρεις από αυτούς τους ωκεανούς μπορούν να βρεθούν κάτω από τις επιφάνειες σε ένα τρίο φεγγαριών του Δία:Ευρώπη, Γανυμήδη και Καλλιστώ. Ο Δίας έχει μια δική του κατοικήσιμη ζώνη. Η απαιτούμενη θερμότητα δεν προέρχεται από τον Ήλιο, αλλά από τη βαρύτητα του Δία. Διαστέλλεται και συστέλλει τα φεγγάρια, θερμαίνοντάς τα σαν μπάλες σκουός.

Ενώ έχουμε πάει στο σύστημα Jovian πολλές φορές, αυτά τα φεγγάρια σπάνια ήταν το κύριο αξιοθέατο. «Η τελευταία φορά που ήμασταν εκεί και τα μελετούσαμε απευθείας ήταν με το διαστημόπλοιο Galileo τη δεκαετία του 1990», λέει η Fox-Powell. Αντίθετα, η εστίαση τείνει να πέσει στον ίδιο τον γιγάντιο πλανήτη. Αλλά τώρα υπάρχει το JUICE, μια αποκλειστική αποστολή που κατευθύνεται προς τους παγωμένους δορυφόρους του.

Διαβάστε περισσότερα για τον Δία:

• Το μυστήριο των πολικών κυκλώνων του Δία λύθηκε χρησιμοποιώντας τη φυσική των ωκεανών
• Το διαστημόπλοιο Juno της NASA διερευνά τα βάθη της Μεγάλης Ερυθράς Κηλίδας του Δία
• Η αποστολή Lucy της NASA πρόκειται να κατευθυνθεί στους Τρωικούς αστεροειδείς του Δία

Το διαστημόπλοιο

Στην καρδιά της αποστολής JUICE βρίσκεται ένα διαστημόπλοιο που κατασκευάστηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA). Έχει μια μικρή ομοιότητα με ένα γιγάντιο πουλί, με φτερά ηλιακού πάνελ εκτεινόμενα εκατέρωθεν του κύριου σώματος του διαστημικού σκάφους. Το φως του ήλιου στον Δία είναι 30 φορές χαμηλότερο από το φως που φτάνει στη Γη, επομένως τα πάνελ πρέπει να είναι μεγάλα. Καλύπτουν μια έκταση ίση με 85m², ή περίπου το μισό μέγεθος ενός γηπέδου βόλεϊ.

Η κεραία του με διάμετρο τριών μέτρων θα στείλει τα δεδομένα που συλλέγει το JUICE στον έλεγχο της αποστολής, αν και θα χρειαστούν σχεδόν δύο ώρες για να ταξιδέψει περισσότερα από μισό δισεκατομμύριο χιλιόμετρα στη Γη.

Η ESA εργαζόταν για την κυκλοφορία του JUICE το 2022 μέχρι το χτύπημα της πανδημίας του κορωνοϊού. Αντί για την προγραμματισμένη εκτόξευση, αυτό το ερχόμενο έτος θα δούμε τώρα ξέφρενη δραστηριότητα καθώς η ESA προσπαθεί να ανακτήσει τον χρόνο που χάθηκε κατά τη διάρκεια του lockdown και να κάνει τις τελευταίες προετοιμασίες που απαιτούνται για την προετοιμασία της αποστολής ορόσημο για την επαναπρογραμματισμένη εκτόξευση της το 2023.

Το αρχικό σχέδιο ήταν να ακολουθήσει η JUICE μια περίπλοκη διαδρομή, που περιελάμβανε πέντε πύλες της Γης, της Αφροδίτης και του Άρη για να χρησιμοποιήσει τη βαρυτική δύναμη των πλανητών για να εκτοξεύσει το διαστημόπλοιο προς τον Δία, ένα ταξίδι που επρόκειτο να διαρκέσει 7,5 χρόνια. Η ESA δεν έχει ακόμη αποκαλύψει ακριβείς λεπτομέρειες για το νέο χρονοδιάγραμμα, αλλά το JUICE θα πρέπει να φτάσει στον Δία στις αρχές της δεκαετίας του 2030. Μόλις εκεί, θα περάσει τουλάχιστον τρία χρόνια εξερευνώντας την Ευρώπη, τον Γανυμήδη και την Καλλιστώ. Θα συνοδεύεται από την αποστολή Europa Clipper της NASA, η οποία επί του παρόντος έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2024 και να φτάσει τον Απρίλιο του 2030.

Τα φεγγάρια του Δία

Γνωρίζουμε για αυτά τα φεγγάρια εδώ και πολύ καιρό. Μαζί με την Ιώ – το πιο ηφαιστειακά ενεργό μέρος στο Ηλιακό Σύστημα – η Ευρώπη, ο Γανυμήδης και η Καλλιστώ συνθέτουν τα λεγόμενα «φεγγάρια του Γαλιλαίου», τα οποία είδε για πρώτη φορά ο Ιταλός αστρονόμος Γαλιλαίος στις αρχές του 17ου αιώνα.

Από την τριάδα στην οποία θα επικεντρωθεί η JUICE, η Ευρώπη τείνει να κλέβει τα φώτα της δημοσιότητας. «Είναι σίγουρα το παιδί της αφίσας των φεγγαριών του Γαλιλαίου», λέει η Fox-Powell. Αυτό συμβαίνει επειδή κάτω από τον παγωμένο φλοιό του βρίσκεται ένας ωκεανός που περιέχει περισσότερο υγρό νερό από όλες τις θάλασσες, τις λίμνες και τα ποτάμια της Γης μαζί. Αν υπάρχει ζωή που κολυμπάει στους ωκεανούς μας, θα μπορούσε να ισχύει το ίδιο και για την Ευρώπη;

Μέρος του προβλήματος είναι ότι ο ωκεανός κρύβεται κάτω από μια παχιά, παγωμένη επιφάνεια. «Δεν μπορούμε να έχουμε άμεση πρόσβαση», λέει η Fox-Powell. Ευτυχώς, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο παγωμένος φλοιός και το νερό αλληλεπιδρούν, λίγο σαν τον λιωμένο βράχο κάτω από την επιφάνεια της Γης που διασπάται κατά τη διάρκεια της ηφαιστειακής δραστηριότητας. «Σημαίνει ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε υλικό στην επιφάνεια για να μελετήσουμε έμμεσα τους ωκεανούς», λέει η Fox-Powell.

Ίσως ακόμη και να μπορέσουμε να συλλέξουμε ένα δείγμα αυτού του υλικού, παρά το γεγονός ότι η JUICE δεν μπορεί να προσγειωθεί στην Ευρώπη. Το διαστημόπλοιο μεταφέρει 10 όργανα υψηλής ακρίβειας στον Δία, συμπεριλαμβανομένου του Πακέτο Περιβάλλοντος Σωματιδίων (PEP). «Είναι σχεδιασμένο για να μελετά τη σκόνη και άλλα μόρια που έχουν εκτοξευθεί από την επιφάνεια», λέει η Fox-Powell. "Δεν είναι αδύνατο, εάν αυτό το υλικό προερχόταν από τους ωκεανούς, να περιέχει μόρια που είναι ενδεικτικά της ζωής."

Εάν υπάρχουν οργανισμοί στους ωκεανούς της Ευρώπης, τότε θα χρειαστούν μια πηγή ενέργειας. Κρυμμένοι κάτω από τον παγωμένο φλοιό, δεν μπορούν να πάρουν αυτή την ενέργεια από τον Ήλιο. Η Fox-Powell βλέπει δύο πιθανές επιλογές. Το σύστημα Jovian είναι ένα περιβάλλον πλημμυρισμένο από έντονα επίπεδα ακτινοβολίας καθώς το μαγνητικό πεδίο του Δία περιστρέφεται και διοχετεύει τριγύρω σωματίδια υψηλής ενέργειας.

«Οποιοδήποτε ωκεάνιο υλικό που καταλήγει στην επιφάνεια θα ακτινοβοληθεί», λέει η Fox-Powell. Αυτό αλλάζει τη χημεία του πάγου. Ένα πιθανό σενάριο είναι ότι η ακτινοβολία σπάει το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο, με αυτό το οξυγόνο να διαρρέει δυνητικά πίσω στον ωκεανό από κάτω. Άλλα πιθανά παραπροϊόντα περιλαμβάνουν ενώσεις που περιέχουν το στοιχείο θείο. «Στη Γη, είναι γνωστό ότι υποστηρίζουν τη μικροβιακή ζωή», λέει η Fox-Powell. Το JUICE θα μας βοηθήσει να μάθουμε περισσότερα για αυτό το όριο επιφάνειας ωκεανού και σε ποιο βαθμό οι συνθήκες είναι κατάλληλες για τη βιολογία.

Εναλλακτικά, η ζωή μπορεί να έχει αποικίσει τον πυθμένα του ωκεανού. Στη Γη, υπάρχουν ολόκληρες κοινότητες οργανισμών που ευδοκιμούν στον βυθό της θάλασσας χωρίς κανένα απολύτως ηλιακό φως. Η πηγή της ενέργειάς τους είναι υδροθερμικές οπές - ρωγμές στο όριο μεταξύ του ωκεανού και του θερμού εσωτερικού της Γης. Το JUICE θα μπορούσε να μας βοηθήσει να δούμε πόσο γεωλογικά ενεργό είναι το εσωτερικό της Ευρώπης.

Μια ευκαιρία να ερευνήσετε την Callisto

Ενώ η Ευρώπη τραβά τη μερίδα του λέοντος της προσοχής του κοινού, δεν είναι ο κύριος στόχος της JUICE. Η αποστολή θα πετάξει από την Ευρώπη μόνο δύο φορές, αλλά θα περάσει από την Callisto σε 12 περιπτώσεις. Η Καλλιστώ είναι το πιο εξωτερικό από τα τέσσερα φεγγάρια του Γαλιλαίου, επομένως επηρεάζεται λιγότερο από τη βαρύτητα και την ακτινοβολία του Δία. Σε αντίθεση με την Ευρώπη, της οποίας η επιφάνεια αναδιαμορφώνεται συνεχώς από υλικό που αναβλύζει κάτω από τον πάγο, η Callisto έχει την παλαιότερη επιφάνεια στο Ηλιακό Σύστημα. Αμετάβλητο για δισεκατομμύρια χρόνια, είναι γεμάτο από περισσότερους κρατήρες πρόσκρουσης από οποιοδήποτε άλλο σώμα σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο.

Οι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι ένας ωκεανός βάθους 200 χιλιομέτρων βρίσκεται κάτω από την αρχαία επιφάνεια της Καλλιστού. Εδώ θα έρθει το όργανο της JUICE για το Radar for Icy Moons Exploration (RIME). Θα μεταδώσει ραδιοκύματα που μπορούν να διαπεράσουν τα παγωμένα κελύφη των φεγγαριών της Γαλιλαίας σε βάθος περίπου εννέα χιλιομέτρων. Από τον τρόπο με τον οποίο αντανακλώνται τα ραδιοκύματα, θα πρέπει να μπορούμε να μάθουμε περισσότερα για τις εσωτερικές δομές των φεγγαριών.

Μια άλλη προσέγγιση θα παρέχεται από το όργανο Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM). Θα μετρήσει τα βαρυτικά πεδία της Callisto και των άλλων παγωμένων φεγγαριών, τα οποία θα αποκαλύψουν πώς διάφορα στρώματα υλικού - συμπεριλαμβανομένου του νερού - στοιβάζονται μέσα τους.

Το JUICE θα χρησιμοποιήσει επίσης το Callisto για ένα leg-up. Οι ελεγκτές αποστολής θα χρησιμοποιήσουν τη βαρύτητα του φεγγαριού για να αυξήσουν την κλίση του διαστημικού σκάφους κατά περίπου 30°, ώστε να μπορεί να δει καλύτερα τις πολικές περιοχές του Δία - την πηγή του τεράστιου και έντονου μαγνητικού πεδίου του Δία.

Αναζήτηση για μαγνητικά πεδία

Είναι ο μαγνητισμός που καθόρισε πού θα περάσει ο JUICE τον μεγαλύτερο μέρος του χρόνου του:ο Γανυμήδης. Μαζί με μια ντουζίνα fly-bys, το διαστημόπλοιο θα μπει επίσης σε τροχιά γύρω από τον Γανυμήδη και θα παραμείνει εκεί για οκτώ μήνες. Θα είναι η πρώτη φορά που ένα διαστημόπλοιο από τη Γη θα περιφέρεται γύρω από ένα φεγγάρι διαφορετικό από το δικό μας.

«Ο Γκανυμήδης είναι το πιο συναρπαστικό σώμα στο Ηλιακό Σύστημα», λέει ο καθηγητής Michele Dougherty, από το Imperial College του Λονδίνου. Για ένα πράγμα, είναι μεγαλύτερο από οποιοδήποτε άλλο φεγγάρι. Στην πραγματικότητα, είναι μεγαλύτερο από τον νάνο πλανήτη Πλούτωνα και τον πλανήτη Ερμή. Όπως η Ευρώπη, πιστεύεται επίσης ότι έχει έναν υπόγειο ωκεανό που περιέχει περισσότερο νερό από ό,τι έχουμε στη Γη.

Ωστόσο, ο μαγνητισμός του Γανυμήδη είναι το κύριο αξιοθέατο. Είναι μοναδικό μεταξύ των φεγγαριών του Ηλιακού Συστήματος επειδή έχει δικό του μαγνητικό πεδίο. Ο Dougherty είναι ο κύριος ερευνητής για το J-MAG - ένα όργανο στο JUICE για τη μέτρηση μαγνητικών πεδίων. Το J-MAG βρίσκεται στο άκρο ενός βραχίονα μήκους 10,6 μέτρων για να το κρατήσει μακριά από μαγνητικές παρεμβολές από το κύριο διαστημόπλοιο. Τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά του είναι κλειδωμένα μέσα σε ένα θησαυροφυλάκιο με επένδυση από μόλυβδο για να τα προστατεύουν από την έντονη ακτινοβολία του Δία.

Ο Dougherty θέλει να μετρήσει λεπτομερώς το μαγνητικό πεδίο του Γανυμήδη, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του Δία. Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble εντόπισαν δραστηριότητα σέλας στον Γανυμήδη. Το αντίστοιχο του βόρειου και του νότιου σέλας στη Γη, τα σέλας θα πρέπει να ταλαντεύονται γύρω από τους πόλους του Γανυμήδη λόγω της επίδρασης του μαγνητισμού του Δία.

Το ότι δεν το κάνουν, υποδηλώνει έναν υποεπιφανειακό ωκεανό με αλμυρό νερό στον Γανυμήδη που αγώγει ηλεκτρισμό και εξισορροπεί τη μαγνητική δύναμη του Δία. Η μελέτη του μαγνητικού πεδίου του Γανυμήδη θα μπορούσε να δώσει περαιτέρω ενδείξεις για το μέγεθος και τη φύση αυτού του ωκεανού. Με τη σειρά του, αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει να καταλάβουμε αν είναι ένα μέρος που μπορεί να είναι το σπίτι της εξωγήινης ζωής.

Ο διαχωρισμός του μαγνητικού πεδίου του Γανυμήδη από το μαγνητικό πεδίο του Δία δεν είναι καθόλου απλός, ωστόσο, ιδιαίτερα δεδομένου του πόσο ο πλανήτης κυριαρχεί στους γύρω του δορυφόρους. «Είναι σαν να προσπαθείς να βρεις βελόνες σε άχυρα», λέει ο Dougherty, «αλλά αλλάζουν μέγεθος, σχήμα και χρώμα συνέχεια». Ωστόσο, είναι σίγουρη ότι η ομάδα μπορεί να τα καταφέρει. Τα flybys θα χρησιμοποιηθούν για εξάσκηση, με τα πραγματικά σημαντικά δεδομένα να έρχονται μόλις το JUICE εγκατασταθεί σε τροχιά γύρω από τον Γανυμήδη. "Τα αποτελέσματα θα είναι θεαματικά", λέει ο Dougherty.

Υπάρχει ζωή αλλού στο Ηλιακό Σύστημα;

Αν έχει δίκιο, θα είναι το κορυφαίο επίτευγμα στο τέλος ενός μακρού και ελικοειδή δρόμου. Ο Dougherty συμμετείχε προηγουμένως σε ένα άλλο εμβληματικό διαστημόπλοιο:την αποστολή Cassini στον Κρόνο. Οι συζητήσεις για το JUICE ξεκίνησαν σοβαρά το 2008, όταν το Cassini βρισκόταν ήδη στον Κρόνο για τέσσερα χρόνια.

Ήταν ένα από τα φεγγάρια του Κρόνου - ο Εγκέλαδος - που έκανε τους ανθρώπους να καθίσουν και να το προσέξουν. «Η ομάδα μου έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανακάλυψη ότι ο Εγκέλαδος έχει νέφη υδρατμών», λέει ο Dougherty. Νερό από έναν υπόγειο ωκεανό εκτοξεύτηκε στο διάστημα, δείχνοντας ότι είναι δυνατό να βρεθεί νερό πέρα ​​από την παραδοσιακή κατοικήσιμη ζώνη.

«Οι ανακαλύψεις στον Εγκέλαδο μας έδειξαν ότι η εστίαση σε φεγγάρια των εξωτερικών πλανητών ήταν καλό να κάνουμε». Σύντομα σχεδιάστηκε ένα σχέδιο για να δούμε τα παγωμένα φεγγάρια του Δία. Όχι ότι όλα ήταν απλά. Κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της πανδημίας, με τα εργαστήρια κλειστά, η ομάδα του Dougherty κατασκεύαζε μέρη του J-MAG στα τραπέζια της κουζίνας τους. "Η κατασκευή ενός οργάνου είναι πάντα αγχωτική, αλλά η πανδημία ανέβασε αυτό το άγχος στο επόμενο επίπεδο", λέει.

Αυτή η προσπάθεια είναι ακόμη πιο αξιοσημείωτη δεδομένου ότι η ομάδα θα καταστρέψει τελικά όλη αυτή τη σκληρή δουλειά. Κάποια στιγμή το 2034, το διαστημόπλοιο είναι πιθανό να ξεμείνει από προωθητικό. Χωρίς κανένα καύσιμο, οι επιστήμονες δεν θα μπορούν πλέον να το περιφέρουν γύρω από το σύστημα Jovian. Έτσι, η ομάδα θα κάνει ό,τι είχε γίνει στο παρελθόν με διαστημόπλοια όπως το Cassini και την αποστολή MESSENGER στον Ερμή:συντριβή σκόπιμα.

Χτυπώντας την επιφάνεια του Γανυμήδη, η JUICE θα προσφέρει ένα τελευταίο πείραμα για να δει από τι αποτελείται αυτό το τεράστιο φεγγάρι. Οι μέρες της εξερεύνησης των παγωμένων φεγγαριών του Δία θα έχουν τελειώσει, αλλά οι επιστήμονες θα συνεχίσουν να εξετάζουν τη συλλογή πολύτιμων δεδομένων της JUICE για πολύ καιρό στη συνέχεια. «Σε 20 χρόνια, η κατανόησή μας για αυτά τα φεγγάρια θα είναι διαφορετική», λέει η Fox-Powell. "Το JUICE πρόκειται να προσφέρει μια πραγματική επανάσταση." Θα μπορούσε, τέλος, να μας πει αν είμαστε ή όχι μόνοι σε αυτό το τεράστιο και συχνά εκπληκτικό Ηλιακό Σύστημα.

• Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 372 του BBC Science Focus Magazine – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με το μέλλον της εξερεύνησης του διαστήματος:

• Η σεληνιακή πύλη της NASA:Τα σχέδια για έναν μόνιμο διαστημικό σταθμό που θα περιστρέφεται γύρω από τη Σελήνη
• Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb:Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τον διάδοχο του Hubble
• Ο Tardigrades θα μπορούσε να είναι οι πρώτοι διαστρικοί ταξιδιώτες στο διάστημα