Dopo vent'anni di alti e bassi, sviluppo e ridimensionamento, gli scienziati sono sul punto di inviare missioni per esplorare il mondo oceanico europeo. Potrebbe essere questa la nostra migliore possibilità di trovare la vita in qualsiasi parte del sistema solare? Dopotutto, l'Europa è un mondo molto piccolo in orbita attorno al gigantesco pianeta Giove, anche più piccolo della Luna terrestre. Da lontano, l'Europa sembra una ragnatela frastagliata di strisce scure, come un disordinato disegno a matita di un bambino. Nelle vicinanze si trovano lunghe crepe lineari nel ghiaccio, estese in alcuni casi per migliaia di chilometri. Molti sono pieni di un contaminante sconosciuto che gli scienziati chiamano "fango marrone". Altrove, la superficie è irregolare e frantumata, come se enormi lastre di ghiaccio stessero andando alla deriva, ruotando e girando nel fango.
La potente gravità di Giove aiuta a generare forze di marea che allungano e indeboliscono la luna molte volte. Ma gli stress che hanno creato il paesaggio frammentato dell'Europa sono spiegati al meglio dal guscio di ghiaccio che galleggia in un oceano di acqua liquida.
"Il fatto che la superficie di Europa contenga acqua liquida, come la conosciamo dalle precedenti missioni, in particolare dalle osservazioni del magnetometro raccolte da Galileo negli anni '90, la rende uno dei potenziali bersagli più interessanti per la ricerca della vita", afferma il professor Andrew Coates dal Mullard Space Research Laboratory nel Surrey, Regno Unito.
La profondità salata di Europa può raggiungere gli 80-170 chilometri di profondità nel satellite, il che significa che può contenere il doppio di acqua liquida rispetto a tutti gli oceani della Terra.
Mentre l'acqua è uno dei prerequisiti più importanti per la vita, gli oceani di Europa potrebbero averne altri, come una fonte di energia chimica per i microbi. Inoltre, l'oceano può interagire con la superficie attraverso una serie di mezzi, comprese calde gocce di ghiaccio che risalgono il guscio di ghiaccio dal basso verso l'alto. Pertanto, studiare la superficie può fornire indizi su ciò che sta accadendo nell'oceano.
Ora la NASA sta lanciando due missioni per esplorare questo mondo intrigante. Entrambi sono stati discussi alla 48a Conferenza sulla scienza lunare e planetaria (LPSC) a Houston.
La prima è una missione flyby chiamata Europa Clipper, che probabilmente avrà luogo nel 2022. La seconda è una missione di sbarco che seguirà alcuni anni dopo.
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Il dottor Robert Pappalardo del Jet Propulsion Laboratory della NASA è un Clipper Scientist.
"Stiamo cercando di comprendere la potenziale abitabilità dell'Europa, i suoi ingredienti per la vita: l'acqua e la disponibilità di una possibile energia chimica per la vita", afferma. “Lo facciamo cercando di comprendere l'oceano e il guscio di ghiaccio, la composizione e la geologia. E tutti insieme dimostrano il livello di attività attuale dell'Europa”.
Il Clipper trasporta un carico utile di nove strumenti, inclusa una fotocamera che catturerà la maggior parte della superficie; spettrometri per comprenderne la composizione; radar permeabile al ghiaccio per mappare il guscio di ghiaccio in tre dimensioni e trovare acqua sotto il guscio di ghiaccio; magnetometro per caratterizzare l'oceano.
Tuttavia, poiché la sonda Galileo ha fornito prove dell'oceano negli anni '90, sappiamo che l'Europa non è l'unica nel suo genere.
"Negli ultimi dieci anni, siamo stati sorpresi di scoprire che è impossibile viaggiare verso il sistema solare esterno e non entrare in collisione con il mondo oceanico", afferma lo scienziato Clipper Kurt Niebuhr.
Sulla luna di Saturno, Encelado, ad esempio, il ghiaccio dell'oceano sotterraneo erutta nello spazio attraverso le fessure al polo sud.
La luna di Saturno potrebbe anche vedere una missione speciale negli anni '20, ma il dottor Niebuhr pensa che l'Europa sia un obiettivo più attraente: “L'Europa è molto più grande di Encelado e ha di più: più attività geologica, più acqua, più spazio per quell'acqua, più calore. più materie prime e più stabilità nell'ambiente.
C'è qualcos'altro che fa risaltare questa luna: i suoi dintorni. Il percorso orbitale di Europa va in profondità nel campo magnetico di Giove, che cattura e accelera le particelle.
Il risultato sono cinture di radiazioni intense che arrostiscono l'elettronica dei veicoli spaziali, limitando la durata della missione a mesi o addirittura settimane. Tuttavia, questa radiazione provoca anche reazioni sulla superficie di Europa, creando ossidanti. Sulla Terra, la biologia utilizza reazioni chimiche tra ossidanti e composti noti come agenti riducenti per fornire l'energia necessaria per la vita.
Tuttavia, gli ossidanti creati sulla superficie sono benefici per i microrganismi di Europa solo se possono discendere nell'oceano. Fortunatamente, il processo di convezione che spinge verso l'alto le goccioline di ghiaccio caldo può anche erodere il materiale superficiale. Una volta nell'oceano, gli ossidanti possono reagire con agenti riducenti prodotti dall'acqua di mare, reagendo sul fondo oceanico duro.
"Hai bisogno di entrambi i poli della batteria", spiega Robert Pappalardo.
Per scienziati come il dottor Pappalardo, le missioni future sono un sogno che si avvera per due decenni. Da quando i primi concetti per una missione in Europa sono stati sviluppati alla fine degli anni '90, le proposte sono state contrastate una per una.
Negli anni 2000, gli Stati Uniti e l'Europa hanno persino messo insieme le risorse per una missione che avrebbe inviato veicoli spaziali separati in Europa e Ganimede, la luna di Giove. Ma il piano è stato annullato a causa dei tagli al budget e la parte europea si è riversata nella missione Juice.
"Non credo che negli ultimi 18 anni ci sia stata una missione in Europa che sia passata davanti ai miei occhi", dice Niebuhr. “È stato un lungo viaggio. La strada per il lancio è sempre stata spinosa, ma anche ricca di delusioni. Lo abbiamo sentito soprattutto sull'esempio dell'Europa”.
Esplorare l'Europa è costoso, anche se non più di altre missioni ammiraglia della NASA come Cassini o Curiosity.
Ci sono sfide ingegneristiche complesse, come lavorare nelle cinture di radiazione di Giove. Gli strumenti della navicella devono essere schermati con materiali come il titanio metallico, dice Pappalardo, ma "devono essere in grado di vedere Europa".
Pertanto, per mantenere Clipper al sicuro, la NASA si discosterà leggermente dalle regole. “Doveva essere così: Galileo ha sorvolato Europa, quindi la prossima missione dovrebbe essere in orbita. Questo è il modo in cui facciamo affari , afferma Niebuhr. Ma invece di entrare nell'orbita di Europa, Clipper ridurrà l'impatto delle radiazioni che accorciano la missione entrando nell'orbita di Giove ed effettuerà almeno 45 missioni ravvicinate sulla luna ghiacciata in tre anni e mezzo.
"Ci siamo resi conto che avremmo potuto evitare questi problemi tecnici di entrare nell'orbita dell'Europa, rendere la missione più fattibile e allo stesso tempo adempiere a tutti i compiti scientifici".
L'intensità della luce solare vicino a Europa è trenta volte più debole che sulla Terra. Ma la NASA ha deciso che poteva alimentare i pannelli solari di Clipper, quindi non avrebbe dovuto usare generatori di radioisotopi come altre missioni. "Tutti questi anni di ricerca ci hanno costretto ad abbandonare i vecchi concetti e concentrarci su ciò che è effettivamente realizzabile, non desiderato", afferma Kurt Niebuhr.
Nel 2011, a seguito dell'annullamento della missione Usa-Europa, un rapporto del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha confermato l'importanza di studiare la luna ghiacciata. Nonostante ciò, la NASA è ancora cauta sul costo.
Il lander non ha ricevuto finanziamenti nella richiesta di budget 2018 del presidente per la NASA. Ma il dottor Jim Green, direttore delle scienze planetarie presso l'agenzia, afferma che "questa missione è estremamente eccitante perché ci parlerà della scienza che potremmo fare sulla superficie di un satellite".
“Dobbiamo passare attraverso un lungo processo per capire quali misurazioni dobbiamo prendere. Poi dobbiamo lavorare con l'amministrazione e programmare il momento giusto, concordare il budget per andare avanti.
Negli ultimi vent'anni sono stati proposti concetti di lander altamente innovativi, che riflettono la generosità scientifica che può essere utilizzata dopo l'atterraggio. Gearyne Jones del Mullard Space Research Laboratory ha lavorato a un concetto chiamato "penetratore".
"Non sono mai andati nello spazio prima, ma la tecnologia è molto promettente", spiega. Un proiettile sparato da un satellite colpisce la superficie "molto forte, ad una velocità di circa 300 metri al secondo, 1000 km / h", lanciando ghiaccio per ulteriori analisi da parte degli strumenti di bordo che dovrebbero essere in grado di resistere alla caduta.
Al contrario, il futuro lander della NASA atterrerà dolcemente utilizzando la tecnologia della "gru del cielo" che è stata utilizzata per sganciare in sicurezza il rover Curiosity su Marte nel 2012. Durante l'atterraggio, utilizzerà un sistema di atterraggio autonomo per rilevare e prevenire i pericoli di superficie in tempo reale.
Clipper sarà in grado di fornire ricognizioni per il sito di atterraggio. “Adoro l'idea che troverà un'oasi adatta dove l'acqua è vicino alla superficie. Forse farà caldo e ci saranno materiali organici”, dice Pappalardo.
La nave sarà dotata di strumenti sensibili e di una sega girevole che fornirà campioni freschi da sotto il ghiaccio superficiale trattato con radiazioni.
“Il lander dovrà raggiungere il campione di ghiaccio più fresco e incontaminato. Per fare questo, dovrà scavare in profondità o eruttare in superficie - creare un geyser - che scaricherà molto materiale fresco in superficie”, afferma Kurt Niebuhr.
Negli ultimi anni, il telescopio Hubble ha effettuato osservazioni preliminari di eruzioni di ghiaccio d'acqua in eruzione da sotto Europa, simili a quelle di Encelado. Ma non ha senso visitare i luoghi di eruzioni decennali: il dispositivo deve visitare un luogo con un'espulsione relativamente fresca.
Pertanto, gli scienziati devono capire cosa guida questi geyser: ad esempio, Clipper determinerà se i geyser sono associati a punti caldi sulla superficie.
Le distese marine della Terra pullulano di vita, quindi è difficile per noi immaginare un oceano sterile profondo 100 km in Europa. Ma la soglia scientifica per rilevare la vita è molto alta. Riusciremo a riconoscere la vita aliena se la troviamo?
"L'obiettivo della missione di sbarco non è solo scoprire la vita (con nostra soddisfazione), ma convincere tutti gli altri che l'abbiamo fatto", spiega Niebuhr. "Non sarà molto positivo per noi investire in questa missione se tutto ciò che creiamo è una controversia scientifica".
Pertanto, il team ha suggerito due modi. In primo luogo, qualsiasi rilevamento di vita deve essere basato su più linee di dati indipendenti da misurazioni dirette.
“Non puoi fare una misurazione e dire: sì, c'è eureka, l'abbiamo trovato. Stai guardando il totale , dice Niebuhr. In secondo luogo, gli scienziati hanno sviluppato una struttura per interpretare questi risultati, alcuni dei quali possono essere positivi e altri negativi. “Viene creato un albero decisionale che passa attraverso tutte le diverse variabili. Seguendo tutti questi percorsi diversi, otteniamo il risultato finale, una delle due cose: o abbiamo trovato la vita o non l'abbiamo fatto”, dice.
ILYA KHEL
