Auf 19. August 2019, kündigte die NASA an dass ihre Europa Clipper-Mission genehmigt wurde, um in die nächste Phase der Mission überzugehen und in die letzte Entwurfsphase überzugehen.
Der Mars ist der Ort, den die meisten unserer Raumsonden, Lander und Rover untersuchen, auf der Suche nach Beweisen dafür, dass es jemals irgendwo anders im Sonnensystem Leben gegeben hat.
Aber wenn Sie mit Planetenwissenschaftlern sprechen, sind sie genauso begeistert von den Ozeanwelten des Sonnensystems; die Monde, Asteroiden, Zwergplaneten und Kuipergürtel-Objekte, wo sich unter dicken Eisschalen riesige Ozeane mit flüssigem Wasser befinden könnten.
Die perfekte Umgebung, damit das Leben gedeihen kann.
Wir hatten nur verlockende Hinweise darauf, dass es diese Ozeane gibt, aber die NASA baut eine Raumsonde, die eine dieser Welten im Detail untersuchen wird: den Europa Clipper. Und sie sind nicht die einzigen. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) baut ihre eigene Mission, den Jupiter Icy Moons Explorer.
Astronomen haben von Europa gewusst und der Rest der großen Jupitermonde seit ihrer Entdeckung durch Galileo im Jahr 1610. Aber erst in den 1960er Jahren begannen bodengestützte Teleskope von der Erde aus, die Monde mit genügend Details zu untersuchen, um zu erkennen, dass sie große Mengen an Wassereis enthielten.
Künstlerische Darstellung von Pioneer 10 bei Jupiter. Bildnachweis: NASA/JPL
Die NASA-Pioneer 10 und 11 flogen 1970 an Europa vorbei und bestätigten ihr eisiges Äußeres, aber es war wirklich die Zwillings-Raumsonde Voyager, die uns unsere beste Sicht bot und Merkmale auf dem Mond enthüllte, die nur etwa 2 Kilometer pro Pixel betragen.
Ihre Bilder zeigten, wie hell und eisig die Oberfläche Europas ist, bedeckt mit bizarren Streifen, die wie gebrochenes Eis aussehen. Und im Gegensatz zu anderen Welten im Sonnensystem hatte Europa nur sehr wenige Einschlagskrater, was bedeutete, dass es ständig mit frischem Material an die Oberfläche kam, wie ein Weltraum Zamboni.
Bilder der NASA-Raumsonde Galileo zeigen die komplizierten Details der eisigen Oberfläche Europas. Bild: NASA/JPL-Caltech
Die Raumsonde Galileo erreichte das Jupiter-System in den 1990er Jahren und brachte einen Orbiter mit, der in diesem Gebiet verbleiben sollte und Jupiter und seine Monde sehr detailliert untersuchte. Im Laufe seiner Mission zum Jupiter, Galileo hat 12 separate Vorbeiflüge gemacht von Europa.
Beobachtungen von Galileo halfen Planetenwissenschaftlern bei der Berechnung, dass der unterirdische Ozean auf Europa wahrscheinlich mehr Wasser hatte als die Erde. Die Kameras von Galileo zeigten riesige Eisschichten, die auseinanderbrachen, und frisches Wasser quoll auf, um die Lücken zu füllen. Offensichtlich ist dies immer noch eine aktive Welt.
Die Aktivität kommt von den Gezeitenwechselwirkungen mit Jupiter, ähnlich den Gezeiten, die wir hier auf der Erde mit dem Mond haben, außer in einem dramatisch größeren Maßstab. Sie bewirken, dass sich Europa während seiner Umlaufbahn hin und her biegt, was die Wärmemenge im Inneren erhöht.
Künstlerische Darstellung des Inneren Europas, basierend auf Daten von Galileo-Raumsonden Quelle: NASA
Wir können die dramatischen Auswirkungen dieser Gezeitenbiegung am nächsten Mond des Jupiter, Io, sehen, der der vulkanisch aktivste Ort im Sonnensystem ist.
Europa könnte auch Vulkanismus haben, tief unter dem Ozean, der Energie und den Rohstoff liefert, der das Leben gedeihen lassen könnte.
Um Europa aus der Nähe zu studieren und diese Fragen zu beantworten, baut die NASA einen Orbiter – und vielleicht sogar einen Lander – und er heißt Europa Clipper.
Die Name kommt von den alten Klipperschiffen die im 19. Jahrhundert über die Ozeane segelte. Dies waren Dreimastschiffe, die Tee und andere Waren über den Atlantik transportierten.
Künstlerisches Konzept einer Europa Clipper-Mission. Bildnachweis: NASA/JPL
Und wie diese Schiffe wird der Europa Clipper etwa alle zwei Wochen an Europa vorbeisegeln, seine eisige Oberfläche scannen und nach Beweisen suchen, dass Europa alle Rohstoffe für das Leben haben könnte: flüssiges Wasser, Energie und Chemikalien.
Obwohl sein Ziel Europa ist, wird es nicht in der Nähe der mächtigen Strahlungsgürtel des Jupiter bleiben. Stattdessen wird es eine lange Umlaufbahn um den Jupiter machen, die ihn alle paar Wochen zurückbringt, sodass er nur eine kurze Zeit in der Strahlungszone verbringen muss.
Instrumente von Europa Clipper
Die Missionsplaner haben sich weitgehend auf das Instrumentenpaket geeinigt, das der Europa Clipper an Bord mitführen wird.
Testanlage für den Europa Clipper. Bildnachweis: NASA/Langley
Natürlich wird es die hochauflösende Kamera geben, die 100-mal klarere Bilder der Oberfläche Europas liefert als die besten Bilder der Voyagers. Es wird den größten Teil Europas mit einer Auflösung von 50 Metern abbilden.
Es wird auch ein Plasma-Instrument und ein Magnetometer haben, um das Magnetfeld um Europa genauer zu messen.
Ein bildgebendes Spektrometer zur Kartierung der organischen Chemikalien, Salze und anderen Materialien im Inneren Europas.
Ein Wärmeemissions-Bildgebungssystem, das alle Temperaturänderungen auf der Oberfläche von Europa erfasst und wärmere Orte lokalisiert, an denen flüssiges Wasser aus der Tiefe aufsteigen könnte.
Ein Massenspektrometer zur Bestimmung der Zusammensetzung der Oberflächenchemikalien.
Ein Ultraviolett-Spektrograph, um alle Wasserfahnen zu kartieren, die von der Oberfläche Europas in den Weltraum austreten könnten.
Ein Staubmassenanalysator, um kleine feste Partikel zu sehen, die von Europa ausgestoßen werden.
Und am aufregendsten war ein bodendurchdringendes Radar, das durch das Eis auf Europa hinunterschauen konnte, um die Dicke seiner eisigen Hülle und des unterirdischen Ozeans zu bestimmen. Es könnte helfen, Wassertaschen näher an der Oberfläche zu entdecken, die ein idealer Ort für zukünftige Missionen sein könnten.
Die Grafik zeigt alle Kuppel-, Lauf-, Ring- und Triebwerkskomponenten, die verwendet werden, um die fünf Hauptstrukturen der Kernstufe des Space Launch System (SLS) der NASA in Block-1-Konfiguration zusammenzubauen. Credits: NASA/MSFC
Flugbahn und Start
Der Europa Clipper wird voraussichtlich auf dem Space Launch System der NASA gestartet, das sich noch im Bau befindet, während ich dieses Video im Jahr 2019 aufnehme. SLS hat noch einige Missionen für das Artemis-Programm zu starten, aber es wird erwartet, dass der Europa Clipper in 2023.
Dies ist die ideale Trägerrakete, da sie die Raumsonde auf eine direkte Flugbahn schicken könnte, die sie in nur drei Jahren in die Umlaufbahn des Jupiter bringen würde.
Aber wenn der SLS aus irgendeinem Grund nicht verfügbar ist, könnte er auch auf einem Falke Heavy oder ein Delta IV Heavy. Anstelle eines Direktflugs müssten sie ein paar gravitative Vorbeiflüge an der Erde und der Venus machen, um die Reise anzutreten. Tatsächlich könnte die NASA nach einigen Schätzungen durch den Wechsel zu einem Falcon Heavy genug Geld sparen, um eine ähnliche Mission auch zu Saturns Eismond Enceladus zu schicken.
Und wer weiß, das SpaceX Starship könnte bis dahin fliegen und wäre die ideale Trägerrakete.
Beweise für eisige Federn
In Vorbereitung auf diese Mission haben Planetenwissenschaftler Daten von älteren Missionen gescannt und dabei etwas sehr Aufregendes gefunden. Es scheint, als würden Materialwolken aus Europa in den Weltraum schießen, ähnlich den Eisvulkanen, die Cassini auf Saturns Mond Enceladus gefunden hat.
Im Jahr 2012 deuteten ultraviolette Bilder des Hubble-Weltraumteleskops darauf hin, dass es auf Europa Wolken gab, aber die Daten waren nicht schlüssig. Planetenforscher erkannten, dass Galileo genau das gleiche im Vorbeiflug machte Region im Jahr 1997 , und es hatte Daten über das Magnetfeld Europas aufgezeichnet.
Illustration von Jupiter und Europa mit den Messungen von Galileo beim Passieren der Wolke. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Univ. von Michigan
Cassini hatte Astronomen geholfen zu erkennen, dass Eiswolken einen charakteristischen Fleck im Magnetfeld verursachen.
Es stellte sich heraus, dass Galileo direkt durch die Wolke geflogen war und das Ereignis als Krümmung des Magnetfelds in der Region aufzeichnete.
Wenn der Europa Clipper ankommt, wird er eine Reihe von Vorbeiflügen in geringer Höhe durch die Region machen. Aber dieses Mal werden die Wissenschaftler bereit sein und wissen, wonach sie suchen müssen. Die Raumsonde wird mit Instrumenten ausgestattet sein, die in der Lage sein werden, die gefrorene Flüssigkeit und die in den Weltraum geschleuderten Staubpartikel zu messen. Es ist die zweitbeste Möglichkeit, den Ozean direkt zu probieren.
Vielleicht auch ein Lander?
Noch ist nichts entschieden, aber der US-Kongress hat sich dafür eingesetzt, dass ein Lander auf die Mission kommt, auf der Oberfläche aufsetzt und die Welt aus nächster Nähe erkundet. Dies ist eigentlich eine umstrittene Entscheidung, da es nicht ganz sinnvoll ist, einen Lander zu schicken, ohne eine detaillierte Karte der Oberfläche von Europa zu haben.
Wenn Sie nur eine Chance haben, auf Europa zu landen, ist es sinnvoll, die Welt zuerst sehr detailliert zu kartografieren. Wählen Sie dann einen Landeplatz aus und senden Sie eine Folgemission, um interessante Regionen zu erkunden.
Künstlerische Darstellung einer möglichen Europa-Lander-Mission, die in den kommenden Jahrzehnten die Oberfläche des eisigen Mondes erkunden würde. Bildnachweis:: NASA/JPL-Caltech
Aber der Kongress hat tatsächlich vergeben NASA $ 195 Millionen im Jahr 2019 für die Entwicklung eines Europa-Landers sowie zweckgebundene zukünftige Ausgaben.
Dies ist keine Mission, die war von der NASA angefordert , aber getrieben vom Kongress sind Landungen natürlich spannend für die Öffentlichkeit , und könnte dazu beitragen, die Begeisterung für die Mission und die Weltraumforschung im Allgemeinen zu steigern.
Wenn ein Lander es bis zur Oberfläche von Europa schafft, könnte er tatsächlich auf sehr schwieriges Gelände stoßen. Eine neue Studie berechnete, dass die Oberfläche von Europa die perfekten Bedingungen für die Schöpfung sein könnte Büßer . Dies sind hohe gezackte Eisklingen, die sich bilden, wenn Wasser sublimiert und direkt von Eis in Gas übergeht. Sie finden sich in hochgelegenen Regionen in den Themen der Erde, wie den Anden.
Und in der geringeren Schwerkraft von Europa könnten sie 15 Meter hoch werden – das Dreifache der Erdhöhe. Jeder Lander müsste in der Lage sein, diese Eisspeere ohne Echtzeitunterstützung von der Erde zu erfassen und zu navigieren.
Künstlerische Darstellung des Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) in der Nähe von Jupiter und einem seiner Monde, Europa. Bildnachweis: ESA/AOES
Jupiter Icy Moons Explorer der ESA
Wenn es um Europa geht, ist die NASA nicht das einzige Spiel in der Stadt. Die Europäische Weltraumorganisation arbeitet an einer eigenen Mission nach Europa: die JUpiter ICy Monde Explorer , oder SAFT. Dies ist die erste Großklassenmission des Cosmic Vision-Programms der ESA.
Im Gegensatz zum Europa Clipper wird JUICE drei Jahre damit verbringen, Ganymed, Europa und Callisto zu untersuchen, von denen angenommen wird, dass alle drei einen unterirdischen Ozean enthalten. Durch das Studium aller drei dieser Welten nacheinander wird ein Vergleich zwischen ihnen ermöglicht und Planetenwissenschaftlern geholfen, herauszufinden, welche Bedingungen für das Leben am besten sind.
Wie bei Europa Clipper wird JUICE eine Reihe von wissenschaftliche Instrumente an Bord, was ihm helfen wird, die Oberflächen der drei Monde zu kartieren und einen Blick in ihr eisiges Inneres und die unterirdischen Ozeane zu werfen.
Das Konzept dieses Künstlers von Jupiters Mond Ganymed, dem größten Mond im Sonnensystem, illustriert das Club-Sandwich-Modell seiner inneren Ozeane. Bildnachweis: NASA/JPL
Es wird kartografiert Das Magnetfeld von Ganymed , dem einzigen Mond im Sonnensystem, von dem bekannt ist, dass er einen hat, der durch einen rotierenden Kern aus flüssigem Metall verursacht wird. Es ist stark genug, um Polarlichter am Himmel über Ganymed zu erzeugen, obwohl es in die riesige Magnetosphäre des Jupiter eingebettet ist.
Für Europa wird es bei der Suche nach den Chemikalien des Lebens helfen, organischen Materialien, die sich an der Oberfläche befinden könnten, einer schwachen Atmosphäre und aus dem Inneren aufsteigen.
Außerdem wird JUICE mit einem Radarsystem ausgestattet, das die Tiefe seiner unterirdischen Ozeane misst.
Die Ariane5 startet von Kourou in Französisch-Guayana. Bild: ESA/Arianespace.
Wenn alles gut geht, JUICE wird Mitte 2022 auf den Markt kommen – vor Europa Clipper – an Bord einer Trägerrakete Ariane 5 oder Ariane 64. Es wird 7,5 Jahre dauern, um Jupiter zu erreichen, wobei er Vorbeiflüge an Erde, Venus und Mars macht und 2029 ankommt.
Wir gehen nach Europa. Bereits 2022 könnten zwei Missionen starten, um die eisigen Monde des Jupiter zu studieren, die noch vor Ende des Jahrzehnts eintreffen, um sie aus der Nähe zu untersuchen. Einer der besten Orte im Sonnensystem, um nach Leben zu suchen, und wir sind nur noch wenige Jahre von der Ankunft einer Raumsonde entfernt. Vielleicht sogar mehrere Orbiter und sogar ein Lander. Es ist eine ziemlich aufregende Zeit in der Weltraumforschung.