Nach zwanzig Jahren des Auf und Ab, der Entwicklung und des Downsizing stehen Wissenschaftler kurz davor, Missionen zur Erforschung der ozeanischen Welt Europas zu entsenden. Könnte dies unsere beste Chance sein, irgendwo im Sonnensystem Leben zu finden? Schließlich ist Europa eine sehr kleine Welt, die den riesigen Planeten Jupiter umkreist, sogar kleiner als der Erdmond. Aus der Ferne sieht Europa aus wie ein gezacktes Netz aus dunklen Streifen, wie eine unordentliche Bleistiftzeichnung eines Kleinkindes. In der Nähe finden sich lange lineare Risse im Eis, die sich teilweise über Tausende von Kilometern erstrecken. Viele sind mit einer unbekannten Verunreinigung gefüllt, die Wissenschaftler "brauner Schlamm" nennen. An anderer Stelle ist die Oberfläche uneben und zerbrochen, als würden massive Eisplatten treiben, sich drehen und im Matsch umdrehen.
Jupiters starke Schwerkraft hilft dabei, Gezeitenkräfte zu erzeugen, die den Mond um ein Vielfaches dehnen und schwächen. Die Belastungen, die die fragmentierte Landschaft Europas geschaffen haben, lassen sich am besten durch die Eisschale erklären, die in einem Ozean aus flüssigem Wasser schwimmt.
„Die Tatsache, dass sich unter der Oberfläche Europas flüssiges Wasser befindet, wie wir aus früheren Missionen wissen, insbesondere aus Magnetometer-Beobachtungen, die Galileo in den 1990er Jahren gesammelt hat, macht es zu einem der interessantesten potenziellen Ziele für die Suche nach Leben“, sagt Professor Andrew Coates. vom Mullard Space Research Laboratory in Surrey, Großbritannien.
Die salzige Tiefe Europas kann 80 bis 170 Kilometer tief in den Satelliten hineinreichen, was bedeutet, dass er doppelt so viel flüssiges Wasser enthalten kann wie alle Ozeane der Erde.
Während Wasser eine der wichtigsten Voraussetzungen für das Leben ist, können die Ozeane Europas andere haben, beispielsweise eine chemische Energiequelle für Mikroben. Darüber hinaus kann der Ozean auf verschiedene Weise mit der Oberfläche interagieren, einschließlich warmer Eistropfen, die die Eisschale von unten nach oben aufsteigen. Daher kann das Studium der Oberfläche Hinweise darauf geben, was im Ozean geschieht.
Jetzt startet die NASA zwei Missionen, um diese faszinierende Welt zu erkunden. Beide wurden auf der 48. Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) in Houston diskutiert.
Die erste ist eine Vorbeiflugmission namens Europa Clipper, die voraussichtlich 2022 stattfinden wird. Die zweite ist eine Landemission, die einige Jahre später folgen wird.
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Dr. Robert Pappalardo vom Jet Propulsion Laboratory der NASA ist ein Clipper-Wissenschaftler.
„Wir versuchen, die potenzielle Bewohnbarkeit Europas, seine Lebensbestandteile zu verstehen: Wasser und die Verfügbarkeit möglicher chemischer Energie für das Leben“, sagt er. „Wir versuchen, den Ozean, die Eisschale, die Zusammensetzung und die Geologie zu verstehen. Und alle zusammen zeigen sie das Niveau der aktuellen Aktivität Europas. “
Der Clipper verfügt über eine Nutzlast von neun Werkzeugen, darunter eine Kamera, die den größten Teil der Oberfläche erfasst. Spektrometer, um seine Zusammensetzung zu verstehen; eisdurchlässiges Radar zur dreidimensionalen Kartierung der Eisschale und zum Auffinden von Wasser unter der Eisschale; Magnetometer zur Charakterisierung des Ozeans.
Da das Galileo-Raumschiff in den neunziger Jahren den Ozean bewies, wissen wir, dass Europa nicht das einzige seiner Art ist.
„In den letzten zehn Jahren haben wir überrascht festgestellt, dass es unmöglich ist, zum äußeren Sonnensystem zu reisen und nicht mit der Meereswelt zu kollidieren“, sagt der Clipper-Wissenschaftler Kurt Niebuhr.
Auf dem Saturnmond Enceladus beispielsweise bricht Eis aus dem unterirdischen Ozean durch Risse am Südpol in den Weltraum aus.
Der Saturnmond mag in den 2020er Jahren auch eine besondere Mission haben, aber Dr. Niebuhr hält Europa für ein attraktiveres Ziel: „Europa ist viel größer als Enceladus und hat das meiste: mehr geologische Aktivität, mehr Wasser, mehr Platz für dieses Wasser, mehr Wärme. mehr Rohstoffe und mehr Stabilität in der Umwelt."
Es gibt noch etwas, das diesen Mond auszeichnet: seine Umgebung. Europas Umlaufbahn geht tief in das Jupiter-Magnetfeld hinein, das Partikel einfängt und beschleunigt.
Das Ergebnis sind intensive Strahlungsgürtel, die die Elektronik von Raumfahrzeugen rösten und die Missionsdauer auf Monate oder sogar Wochen beschränken. Diese Strahlung verursacht jedoch auch Reaktionen auf der Oberfläche Europas und erzeugt Oxidationsmittel. Auf der Erde nutzt die Biologie chemische Reaktionen zwischen Oxidationsmitteln und Verbindungen, die als Reduktionsmittel bekannt sind, um die notwendige Energie für das Leben bereitzustellen.
An der Oberfläche erzeugte Oxidationsmittel sind jedoch nur dann für die Mikroorganismen Europas von Vorteil, wenn sie in den Ozean gelangen können. Glücklicherweise kann der Konvektionsprozess, der warme Eiströpfchen nach oben drückt, auch Oberflächenmaterial erodieren. Im Ozean können Oxidationsmittel mit Reduktionsmitteln reagieren, die vom Meerwasser produziert werden und auf dem harten Meeresboden reagieren.
"Sie brauchen beide Pole der Batterie", erklärt Robert Pappalardo.
Für Wissenschaftler wie Dr. Pappalardo sind die bevorstehenden Missionen ein Traum, der seit zwei Jahrzehnten wahr wird. Seit Ende der neunziger Jahre die ersten Konzepte für eine Mission in Europa entwickelt wurden, wurden Vorschläge nacheinander vereitelt.
In den 2000er Jahren bündelten die Vereinigten Staaten und Europa sogar Ressourcen für eine Mission, die separate Raumschiffe nach Europa und Jupiters Mond Ganymed schicken sollte. Der Plan wurde jedoch aufgrund von Budgetkürzungen abgesagt, und der europäische Teil ging in die Juice-Mission über.
"Ich glaube nicht, dass es in den letzten 18 Jahren eine Mission nach Europa gegeben hat, die mir über die Finger und Augen gegangen ist", sagt Niebuhr. „Es war eine lange Reise. Der Weg zum Start war schon immer ein heikler und voller Enttäuschungen. Wir haben es am meisten am Beispiel Europas gespürt. “
Die Erkundung Europas ist kostspielig - allerdings nicht mehr als andere NASA-Flaggschiff-Missionen wie Cassini oder Curiosity.
Es gibt komplexe technische Herausforderungen, wie das Arbeiten in Jupiters Strahlungsgürteln. Die Instrumente des Raumfahrzeugs müssen mit Materialien wie Titanmetall abgeschirmt sein, sagt Pappalardo, aber "sie müssen Europa sehen können".
Um Clipper zu schützen, wird die NASA daher etwas von den Regeln abweichen. „Es sollte so sein: Galileo flog an Europa vorbei, also sollte die nächste Mission im Orbital sein. So machen wir Geschäfte “, sagt Niebuhr. Aber anstatt in die Umlaufbahn Europas einzudringen, wird Clipper die Auswirkungen der strahlungsverkürzenden Strahlung reduzieren, indem er in die Umlaufbahn von Jupiter eintritt und in dreieinhalb Jahren mindestens 45 Nahmissionen zum eisigen Mond durchführt.
"Wir haben erkannt, dass wir diese technischen Probleme beim Eintritt in die Umlaufbahn Europas vermeiden, die Mission praktikabler machen und gleichzeitig alle wissenschaftlichen Aufgaben erfüllen können."
Die Intensität des Sonnenlichts in der Nähe von Europa ist dreißigmal schwächer als auf der Erde. Die NASA entschied jedoch, dass sie die Solarmodule von Clipper mit Strom versorgen könnte, sodass sie keine Radioisotopengeneratoren wie andere Missionen verwenden müsste. „All diese Jahre der Forschung haben uns gezwungen, alte Konzepte aufzugeben und uns auf das zu konzentrieren, was tatsächlich erreichbar und nicht erwünscht ist“, sagt Kurt Niebuhr.
Im Jahr 2011, nach der Absage der US-europäischen Mission, bestätigte ein Bericht des Nationalen Forschungsrates die Bedeutung der Untersuchung des eisigen Mondes. Trotzdem ist die NASA hinsichtlich der Kosten immer noch vorsichtig.
Der Lander erhielt im Haushaltsantrag des Präsidenten für 2018 für die NASA keine Finanzierung. Dr. Jim Green, Direktor für Planetenwissenschaften bei der Agentur, sagt: "Diese Mission ist äußerst aufregend, weil sie uns über die Wissenschaft informiert, die wir auf der Oberfläche eines Satelliten betreiben könnten."
„Wir müssen einen langen Prozess durchlaufen, um zu verstehen, welche Messungen wir durchführen müssen. Dann müssen wir mit der Verwaltung zusammenarbeiten und den richtigen Zeitpunkt festlegen, das Budget vereinbaren, um vorwärts zu kommen."
In den letzten zwanzig Jahren wurden hochinnovative Landerkonzepte vorgeschlagen, die die wissenschaftliche Großzügigkeit widerspiegeln, die nach der Landung genutzt werden kann. Gearyne Jones vom Mullard Space Research Laboratory hat an einem Konzept gearbeitet, das als "Penetrator" bezeichnet wird.
"Sie sind noch nie in den Weltraum gegangen, aber die Technologie ist sehr vielversprechend", erklärt er. Ein von einem Satelliten abgefeuertes Projektil trifft "sehr hart mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Metern pro Sekunde und 1000 km / h" auf die Oberfläche und wirft Eis zur weiteren Analyse durch Bordinstrumente aus, die dem Sturz standhalten sollten.
Im Gegensatz dazu wird der zukünftige NASA-Lander mithilfe der "Sky Crane" -Technologie, mit der der Curiosity Rover 2012 sicher auf den Mars gebracht wurde, sanft landen. Während der Landung wird ein autonomes Landesystem verwendet, um Oberflächengefahren in Echtzeit zu erkennen und zu verhindern.
Clipper kann den Landeplatz aufklären. „Ich liebe die Idee, dass er eine geeignete Oase findet, in der sich das Wasser nahe an der Oberfläche befindet. Vielleicht wird es warm und es gibt organische Materialien “, sagt Pappalardo.
Das Schiff wird mit empfindlichen Instrumenten und einer Drehsäge ausgestattet, die frische Proben unter dem strahlungsbehandelten Oberflächeneis liefert.
„Der Lander muss zur frischesten, makellosesten Eisprobe gelangen. Dazu muss er tief graben oder an der Oberfläche ausbrechen - einen Geysir erzeugen - der viel frisches Material an die Oberfläche schüttet “, sagt Kurt Niebuhr.
In den letzten Jahren hat das Hubble-Teleskop vorläufige Beobachtungen von Ausbrüchen von Wassereis gemacht, die unter Europa ausbrechen, ähnlich wie bei Enceladus. Es macht jedoch keinen Sinn, die Orte von zehnjährigen Eruptionen zu besuchen - das Gerät muss einen Ort mit einem relativ frischen Auswurf besuchen.
Daher müssen Wissenschaftler verstehen, was diese Geysire antreibt: Clipper bestimmt beispielsweise, ob Geysire mit Hot Spots auf der Oberfläche in Verbindung gebracht werden.
Die Meeresflächen der Erde sind voller Leben, daher fällt es uns schwer, uns einen sterilen 100 km tiefen Ozean in Europa vorzustellen. Die wissenschaftliche Schwelle zur Erkennung von Leben ist jedoch sehr hoch. Werden wir fremdes Leben erkennen können, wenn wir es finden?
„Das Ziel der Landemission ist nicht nur, das Leben (zu unserer Zufriedenheit) zu entdecken, sondern alle anderen davon zu überzeugen, dass wir es getan haben“, erklärt Niebuhr. "Es wird nicht sehr gut für uns sein, in diese Mission zu investieren, wenn wir nur wissenschaftliche Kontroversen schaffen."
Daher schlug das Team zwei Möglichkeiten vor. Erstens muss jede Lebenserfassung auf mehreren unabhängigen Datenleitungen aus direkten Messungen basieren.
„Man kann nicht eine Messung durchführen und sagen: Ja, es gibt Eureka, wir haben es gefunden. Sie sehen die Summe “, sagt Niebuhr. Zweitens haben Wissenschaftler einen Rahmen für die Interpretation dieser Ergebnisse entwickelt, von denen einige positiv und andere negativ sein können. „Es wird ein Entscheidungsbaum erstellt, der alle verschiedenen Variablen durchläuft. Wenn wir all diesen verschiedenen Wegen folgen, erhalten wir das Endergebnis, eines von zwei Dingen: Entweder haben wir das Leben gefunden oder wir haben es nicht gefunden “, sagt er.
ILYA KHEL
