Έρευνα Επιστήμης Βαρύτητας με την αποστολή Europa Clipper της NASA
Το Τμήμα Γης, Πλανητικής και Διαστημικής Επιστήμης (EPSS) στο UCLA έχει ένα εντυπωσιακό ιστορικό ηγεσίας ή συμμετοχής σε αποστολές της NASA. Για παράδειγμα, η αποστολή Galileo εξερεύνησε τον Δία και τα φεγγάρια του μεταξύ 1995 και 2003. Η καθηγήτρια EPSS Margaret G. Kivelson ήταν η κύρια ερευνήτρια του οργάνου μαγνητομέτρου Galileo.
Χρησιμοποιώντας μετρήσεις μαγνητομέτρου, η καθ. Kivelson και η ομάδα της παρείχαν ισχυρές αποδείξεις για την ύπαρξη ενός ωκεανού κάτω από το παγωμένο κέλυφος της Ευρώπης. Αυτή η ανακάλυψη είναι εκτεταμένη επειδή η παρουσία ενός υγρού υδάτινου περιβάλλοντος ανοίγει την πιθανότητα σε ένα από τα φεγγάρια του Δία να φιλοξενεί ζωή. Από τότε, οι επιστήμονες αναζητούν πρόσθετα στοιχεία για να χαρακτηρίσουν το περιβάλλον της Ευρώπης, είτε μέσω διαστημικών είτε επίγειων παρατηρήσεων.
Με την υποστήριξη του Κογκρέσου, η NASA ενέκρινε την ανάπτυξη της αποστολής Europa Clipper, μιας αποστολής πολλαπλών πτήσεων που θα χαρακτηρίσει την Ευρώπη και θα διερευνήσει την κατοικησιμότητα της. Ένας από τους κύριους στόχους της αποστολής είναι να επιβεβαιώσει την παρουσία ή την απουσία ενός παγκόσμιου υπόγειου ωκεανού κάτω από τον παγωμένο φλοιό της Ευρώπης. Ο επιστήμονας του EPSS Dr. Ashok Kumar Verma και ο καθηγητής Jean-Luc Margot πραγματοποίησαν εκτενείς προσομοιώσεις επιστήμης της βαρύτητας χρησιμοποιώντας την αναμενόμενη τροχιά της αποστολής Europa Clipper της NASA για να ποσοτικοποιήσουν εάν οι μετρήσεις της επιστήμης της βαρύτητας μπορούν να ληφθούν με αρκετή ακρίβεια για την αντιμετώπιση της υπόθεσης ότι ο παγωμένος δορυφόρος Ευρώπη έχει έναν παγκόσμιο υπόγειο ωκεανό;
Τα πειράματα της επιστήμης της βαρύτητας παρέχουν ισχυρά δεδομένα για τη διερεύνηση της φυσικής κατάστασης των πλανητικών σωμάτων, συμπεριλαμβανομένης της χαρτογράφησης του πεδίου βαρύτητας, της εκτίμησης της περιστροφικής κατάστασης και της ανίχνευσης της εσωτερικής δομής ενός πλανήτη ή δορυφόρου. Αυτά τα πειράματα βασίζονται κυρίως σε μετρήσεις αμφίδρομης μετατόπισης Doppler μεταξύ διαστημικών σκαφών και κεραιών με βάση τη Γη, οι οποίες αποδίδουν την ταχύτητα του διαστημικού σκάφους κατά μήκος της οπτικής γραμμής του παρατηρητή. Επειδή το βαρυτικό πεδίο επηρεάζει την ταχύτητα του διαστημικού σκάφους, η ραδιοφωνική παρακολούθηση του διαστημικού σκάφους μπορεί να δώσει μια λεπτομερή περιγραφή του πεδίου βαρύτητας. Στην Ευρώπη, το πεδίο βαρύτητας ποικίλλει με το χρόνο λόγω των ισχυρών παλίρροιων που προκαλούνται από τον Δία. Το παλιρροϊκό πλάτος αναμένεται να είναι τόσο μεγάλο όσο 30 μέτρα (100 πόδια) εάν υπάρχει παγκόσμιος ωκεανός και πολύ μικρότερο διαφορετικά.
Για να επιτευχθούν οι επιστημονικοί στόχοι της αποστολής, οι τροχιές Clipper έχουν σχεδιαστεί για να εξασφαλίζουν παγκόσμια κατανεμημένη περιφερειακή κάλυψη της Ευρώπης με πολλαπλές πτήσεις χαμηλού υψομέτρου. Το Europa Clipper θα περιστρέφεται γύρω από τον Δία και θα εκτελεί επαναλαμβανόμενες κοντινές πτήσεις της Ευρώπης, του Γανυμήδη και της Καλλιστώ με επιστημονικές παρατηρήσεις στην Ευρώπη και βαρυτικές υποβοηθήσεις στον Γανυμήδη και την Καλλιστώ. Ωστόσο, ένα σημαντικό στοιχείο για μια έρευνα της επιστήμης της βαρύτητας είναι η κατανομή των γεωγραφικών πλάτη των υποδιαστημικών σκαφών όταν το διαστημικό σκάφος βρίσκεται στην πλησιέστερη προσέγγιση. Η τρέχουσα τροχιά παρέχει επαρκή κατανομή (βλ. Εικόνα 2) για σκοπούς επιστήμης της βαρύτητας με το πλησιέστερο υψόμετρο προσέγγισης τόσο χαμηλό όσο 25 km από την επιφάνεια της Ευρώπης.
Οι επιστημονικές έρευνες βαρύτητας του Europa Clipper μπορούν να αντιμετωπίσουν σημαντικούς στόχους αποστολής, όπως η επιβεβαίωση της παρουσίας ενός ωκεανού, ο προσδιορισμός του πεδίου βαρύτητας της Ευρώπης, ο ποσοτικός προσδιορισμός του χρονικά μεταβαλλόμενου παλιρροϊκού δυναμικού, η επαλήθευση εάν το κέλυφος πάγου είναι υδροστατικό και η παροχή ανακατασκευασμένων τροχιών υψηλής ακρίβειας. άλλες ομάδες οργάνων θα ωφεληθούν σε μεγάλο βαθμό.
Οι επιστήμονες του EPSS προσπάθησαν να ποσοτικοποιήσουν την ακρίβεια με την οποία μπορούν να προσδιοριστούν οι γεωφυσικές παράμετροι της Ευρώπης με την αποστολή Europa Clipper. Η εργασία τους προτείνει ότι, εάν χρησιμοποιούνται επαρκή επίγεια στοιχεία για την παρακολούθηση του διαστημικού σκάφους Clipper, οι μετρήσεις βαρύτητας θα πρέπει να είναι σε θέση να επιβεβαιώσουν εάν υπάρχει παγκόσμιος υπόγειος ωκεανός και εάν το κέλυφος πάγου είναι υδροστατικό. Η επιβεβαίωση της ύπαρξης ενός παγκόσμιου ωκεανού στην Ευρώπη θα έχει βαθύ αντίκτυπο στην αναζήτηση ζωής στο Ηλιακό Σύστημα.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Expected precision of Europa Clipper gravitymeters, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Ashok Kumar Verma και Jean-Luc Margot από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες (UCLA).
