Í desember 2034 má vænta dynjandi lófataks og húrrahrópa í stjórnstöð ESA í Darmstadt í Þýskalandi. Hrifningin verður heldur ekki að ástæðulausu. Geimfarið JUICE hefur nefnilega svifið inn á braut um Ganymedes, stærsta tungl Júpíters, eftir 11 ára ferð um sólkerfið.
Atburðurinn kemur til með að marka tímamót í geimferðasögunni. Þegar geimfarið svífur inn á braut sína verður það í fyrsta sinn sem geimfar fer á braut um framandi tungl.
Þetta verður líka hápunktur stórs verkefnis sem ESA hefur lagt mikinn metnað í allt frá árinu 2012.
Haf undir ísnum gæti geymt vísbendingar um að líf geti myndast annars staðar en á jörðinni.
JUICE (Jupiter Icy moons Explorer) er eins konar flaggskip ESA í langferðum og markmiðið er að rannsaka þrjú af stórum, ísþöktum tunglum Júpíters, stórum mun nánar en áður hefur verið unnt.
Með margvíslegum mælitækjum sínum vonast vísindamennirnir til að öðlast mikla þekkingu á sögu tunglanna, uppbyggingu þeirra og jarðfræði – og mögulega fá líka svör við stóru spurningunni: Gætu dulin höf á þessum tunglum hýst líf?
Reynist svo vera, verður það ekki aðeins uppgötvun aldarinnar, heldur sönnun þess að líf geti myndast á öðrum hnöttum en jörðinni og tilvist okkar þar með ekki einhver alveg einstæð tilviljun.
Allt fyrirfram prófað
Verðmiðinn á JUICE-verkefninu segir talsvert um stærð verkefnisins á mælikvarða Evrópsku geimrannsóknastofnunarinnar. Þegar Ariane 5-eldflaugin lyfti geimfarinu upp frá skotpallinum í Frönsku Guyana í apríl 2023 má segja að ESA hafi skotið 1,5 milljörðum evra út í óvissuna.
En reyndar var fyrirfram búið að prófa allt sem unnt er. Prófanir hafa m.a. verið gerðar í stórum geimhermi ESA sem er 10 metra vítt og 15 metra hátt lofttæmt rými. Þar er unnt að líkja eftir þeim aðstæðum sem JUICE lendir í á leið sinni.
JUICE- geimfarið sett í stóra geimhermi ESA, þar sem það er útsett fyrir öfgafullum hita og kulda á víxl í nokkrar vikur.
Í herminum var m.a. verið prófað hvort óvenju stórar sólþiljur geimfarsins, sem alls verða 85 fermetrar og þær stærstu á nokkru geimfari, virkuðu eins og til er ætlast.
Í geimskotinu voru sólþiljurnar felldar saman í tíu einingum og það réð örlögum alls leiðangursins að þær nái að fella sig alveg hárrétt út.
Sólþiljurnar eiga bæði að tryggja að eldsneytið dugi í alla áfanga leiðangursins og sjá fyrir rafstraumi fyrir öll vísindatæki geimfarsins.
Geimfarið á að þola 430 gráðu hitasveiflur.
Hjá ESA önduðu menn léttar þegar þetta 6,2 tonna geimfar var tryggilega komið út í geiminn og sólþiljurnar féllu í réttar skorður. En geimfarið á þó enn eftir að sigrast á margvíslegum erfiðleikum.
Í fyrsta hluta ferðarinnar þarf geimfarið að sveifla sér allnokkrum sinnum skammt frá jörðu, tunglinu og Venusi áður en stefnan verður loks tekin á Júpíter langt úti í sólkerfinu.
Bæði sólþiljurnar og geimfarið sjálft þurfa að þola gríðarlegan hitamun, allt frá 250 stiga hita við Venus og niður í 180 stiga frost úti við Júpíter. Þar bætist svo við gríðaröflug geislun frá gasrisanum.
Hápunktar ferðarinnar
Þegar JUICE-geimfarið fór á loft af skotpallinum í Frönsku Guyana í apríl 2023 hófst afar viðburðaríkt ferðalag, þar sem m.a. verður farið í snögga ferð til Venusar og síðan litið á loftsteinabeltið áður en komið er á endastöðvarnar kringum Júpíter.
Apríl 2023: Nær fullri stærð
Ariane 5-eldflaug ber geimfarið á loft í apríl 2023. JUICE hefur langferð sína á því að fella út sólþiljurnar sem alls eru 85 fermetrar.
Ágúst 2025: Venusarsveiflan
Fyrst fer JUICE nokkrum sinnum þétt fram hjá jörðu til að spara eldsneyti. Þyngdaraflið eykur hraðann og hið saman gerist þegar geimfarið tekur sveiflu um Venus í ágúst 2025.
Október 2029: Loftsteinar heimsóttir
Á leiðinni fer JUICE tvisvar í gegnum loftsteinabeltið og getur skoðað þessa smáu himinhnetti í návígi. Einn þeirra gæti orðið 223 Rosa sem er 80 km í þvermál.
Júlí 2031: Komið til Júpíters
Í júlí 2031 nær JUICE alla leið til Júpíters og 80 tungla hans. Næstu þrjú árin svífur geimfarið alls 30 sinnum þétt fram hjá stóru ístunglunum, Ganymedes, Evrópu og Callisto.
Desember 2034: Á braut um tungl
JUICE verður fyrsta geimfar sögunnar til að fara á braut um fjarlægt tungl í desember 2034. Brautin um Ganymedes verður hringlaga og í 500 km hæð.
En ef allt gengur upp tekur ferðin til Júpíters og tungla hans ríflega 8 ár. Tungl Júpíters eru alls um 80 en fjögur þeirra eru langstærst: Io, Evrópa, Ganymedes og Callisto. Þau kallast oft Galíleótunglin eftir Galíleó Galilei sem uppgötvaði þau með sjónauka sínum 1610.
Vatn á 3 af 4 tunglum
Af þessum tunglum er Io næst Júpíter og er sá hnöttur í sólkerfinu þar sem jarðvirkni er mest en það eru hin tunglin þrjú sem nú vekja meiri áhuga.
Þau bera þess nefnilega öll merki að þar sé gríðarmikið vatn í fljótandi formi – og þar með gæti mögulega leynst líf á þessum hnöttum. Þótt ísskelin utan á þeim sé um 100 km þykk, eru að líkindum gríðarlega vatnsmikil höf undir ísnum og stjörnufræðingar telja vatnsmagnið í heild geta verið tífalt á við vatnsmagn á jörðinni.
Mælingar sem geimfarið Galileo gerði á síðasta áratug liðinnar aldar sýndu að segulsviðslínur Júpíters sveigjast þannig kringum Evrópu að það bendir til að á hnettinum leynist rafleiðandi vökvi. Einfaldast er að hugsa sér að sá vökvi sé saltvatn sem einmitt leiðir rafstraum.
Gegnum Hubblesjónaukann hafa stjörnufræðingar síðan séð vatnsgos sem ná 160 km út í geiminn og berast upp um sprungur í ísnum.
Frá sprungum í íshellunni á Evrópu skjótast úðagos allt að 160 km út í geiminn.
Kringum Ganymedes fundust sambærilegar truflanir á segulsviði Júpíters og Hubblesjónaukinn hefur líka í því tilviki greint ummerki um vatnssameindir í þunnu gufuhvolfinu og þannig styrkt grunsemdir um vatn.
Síðast en ekki síst virðist Callisto líka trufla segulsvið risaplánetunnar, þótt vísbendingar um vatn undir ísnum séu þar ekki jafn öflugar og á hinum tunglunum tveimur.
Á öllum hnöttunum er gufuhvolfið alltof þunnt til að fljótandi vatn gæti haldist á yfirborðinu en áhrif frá þyngdarafli Júpíters gætu valdið því að vatn sé fljótandi undir íshellunni.
Á svipaðan hátt og jörðin og tunglið toga hvort í annað hefur aðdráttarafl Júpíters svo kröftug áhrif á tungl sín að þar verða sjávarfallaáhrif sem hita innri hluta ísmassans upp yfir bræðslumarkið.
Vatn og líf tengjast
Áhugi stjörnufræðinga á fljótandi vatni stafar af því að hér á jörð má finna líf alls staðar þar sem vatn er í fljótandi formi. Jafnvel á miklu dýpi eru heitar uppsprettur sem skila út í umhverfið hita, steinefnum og söltum sem eru lífverum nauðsynleg.
Það má vera að jarðvirkni sé að finna á tunglunum þremur rétt eins og á Io en þá á botni hafanna en ekki á yfirborðinu. Þá gætu þar verið svipaðar hitauppsprettur og þekkjast á hafsbotni á okkar eigin hnetti.
Tungl Júpíters eru blaut
Hjá NASA hafa menn fundið endanlega sönnun þess að á Evrópu, tungli Júpíters, sé heilt haf af fljótandi vatni en í því gæti leynst líf.
Við gagnaöflun sína fær JUICE gott betur en eitt tækifæri við hvert tungl. Í þau þrjú ár sem geimfarið verður á braut um Júpíter á það að fara 30 sinnum skammt frá þessum tunglum.
Vonir standa til að segulmælar geimfarsins skili endanlegum sönnunum fyrir því að höf sé að finna á þessum þremur tunglum.
Litrófsmælarnir eiga svo til viðbótar að þefa uppi hvers konar sameindir er að finna í gufuhvolfinu en t.d. á Evrópu geta þær verið komnar úr vatnsgosum.
Hnötturinn Callisto verður heimsóttur 12 sinnum og JUICE fer þá allt niður í 200 km hæð. Í slíku hjáflugi á líka að rannsaka hvers vegna koltvísýring, súrefni og vetni virðist vera að finna í þunnum lofthjúpnum en þessar lofttegundir virðast vera í sífelldri endurnýjun.
Radar sér gegnum ísinn
Við Ganymedes á JUICE að vinna ítarlegar rannsóknir þegar geimfarið lýkur ferð sinni með því að fara á stöðuga braut kringum þetta tungl í 500 km hæð. Þaðan gefst nægur tími til að safna upplýsingum um yfirborðið, gufuhvolfið og það sem er undir yfirborðinu.
JUICE leitar að gufu, vatni og ís
Um borð í geimfarinu eru fjölmörg rannsóknatæki sem eiga að greina vatnið á tunglum Júpíters – hvort heldur það er frosið á yfirborði, fljótandi undir ísnum eða í gufuformi í gufuhvolfinu.
1. Myndavél skannar sögu íshellunnar
Myndavélin JANUS á að taka myndir af yfirborðinu með upplausn upp á þrjá metra. Myndirnar geta skýrt aldur íssins og sýnt hvaða öfl hafa formað íshelluna.
2. UV-geislar greina gufu
Tækið UVS er 5,2 kg og notar útfjólublátt ljós til að greina sameindir í strókunum sem rísa upp af Evrópu. Mælingarnar gætu leitt í ljós vísbendingar um líf í hafinu undir ísnum.
2. Radar finnur vatnssprungur
Radarinn RIME notar 16 metra loftnet til að senda útvarpsbylgjur á 9 megariðum. Radarinn mælir uppbyggingu íssins niður á 9 km dýpi og finnur mögulegar vatnsfylltar sprungur frá neðri brún hellunnar.
JUICE leitar að gufu, vatni og ís
Um borð í geimfarinu eru fjölmörg rannsóknatæki sem eiga að greina vatnið á tunglum Júpíters – hvort heldur það er frosið á yfirborði, fljótandi undir ísnum eða í gufuformi í gufuhvolfinu.
1. Myndavél skannar sögu íshellunnar
Myndavélin JANUS á að taka myndir af yfirborðinu með upplausn upp á þrjá metra. Myndirnar geta skýrt aldur íssins og sýnt hvaða öfl hafa formað íshelluna.
2. UV-geislar greina gufu
Tækið UVS er 5,2 kg og notar útfjólublátt ljós til að greina sameindir í strókunum sem rísa upp af Evrópu. Mælingarnar gætu leitt í ljós vísbendingar um líf í hafinu undir ísnum.
2. Radar finnur vatnssprungur
Radarinn RIME notar 16 metra loftnet til að senda útvarpsbylgjur á 9 megariðum. Radarinn mælir uppbyggingu íssins niður á 9 km dýpi og finnur mögulegar vatnsfylltar sprungur frá neðri brún hellunnar.
Ganymedes er 5.260 km í þvermál, stærsta tungl sólkerfisins og meira að segja stærra um sig en Merkúr. Á braut um Ganymedes á JUICE-geimfarið að skyggnast í fyrsta sinn niður undir ísilagt yfirborðið.
Meðal tækja í geimfarinu er radarinn RIME sem nær greiningum allt niður á 9 km dýpi. Íshellan er að vísu miklu þykkari en tækið nær engu að sjá sprungur sem teygja sig svo langt upp og í þeim er væntanlega vatn.
Sé svo geta radarmælingarnar endanlega slegið því föstu að Ganymedes sé ekki botnfreðinn íshnöttur.
Eitt af mikilvægustu tækjum um borð í JUICE er radarinn RIME sem á að skanna íshellurnar á tunglunum. Hér er tækið prófað í rannsóknastofu í Hollandi.
JUICE-geimfarið verður á braut um Ganymedes um eins árs skeið og notar þá eldflaugahreyfilinn reglubundið til að halda réttri hæð. Undir árslok 2035 verður eldsneytið búið og eftir það missir JUICE hæð og hrapar að endingu niður á yfirborðið.
En þegar þar að kemur verður geimfarið vonandi búið að senda vísindamönnum nægilega mikið af gögnum til að veita svör við fjölmörgum spurningum um mögulegan sjó undir ísnum.
Að öðrum kosti verða menn að láta sér nægja upplýsingarnar frá öðru geimfari sem á að ná út til Júpíters 2030.
Geimfarið Europa Clipper, sem verður sent í átt að Júpíter árið 2024, mun eyða fjórum árum í að rannsaka tunglið Evrópu.
Það er NASA-geimfarið Europa Clipper sem verður skotið á loft árið 2024 og á að fara allnokkrum sinnum í nálægð við Evrópu, þar sem ætlunin er m.a. að finna ummerki salta, amínósýra, kolefnis, súrefnis, brennisteins og fleiri grunneininga lífvera.
Hin stóru tungl Júpíters verða sem sagt í miðri hringiðu geimrannsóknanna á næsta áratug og hreint ekki útilokað að einmitt þar finnist loks endanlegar sannanir fyrir því að líf sé að finna á fjarlægum hnöttum og alveg óháð lífi á jörðinni.
