„Ef líf er að finna á Evrópu hefur það þróast algjörlega óháð lífinu hér á jörðu. Það felur jafnframt í sér að tilurð lífsins er harla venjulegt fyrirbæri í allri Vetrarbrautinni sem og gjörvöllum alheimi.“
Jarðfræðingurinn Robert Pappalardo segir stutt og laggott þetta vera sjónarhornið fyrir könnunarleiðangri Europa Clipper á vegum NASA en Pappalardo er vísindalegur stjórnandi leiðangursins.
Mælitæki Europa Clipper munu afla nýrrar og nákvæmari þekkingar um mögulega 100 km djúpt haf tunglsins, hvaða efnasamsetningar þar er að finna og hvort jarðfræðileg eldvirkni veiti nauðsynlega orku.
Þannig er leiðangurinn mikilvægt skref til að finna svar við einni helstu ráðgátu vísindanna: Er lífið – og þar með við sjálf – einungis afleiðing af algerlega einstökum tilfallandi atburði?
Uppáhald fræðimanna í 400 ár
Þegar árið 1610 skrifaði tunglið Evrópa sig inn í sögubækur stjarnfræðinnar þegar það – ásamt þremur tunglum Júpíters – dúkkaði upp í sjónauka vísindamannsins Galileo Galileis. Sporbrautir tunglanna umhverfis Júpíter sönnuðu í eitt skipti fyrir öll að alheimur snýst einfaldlega ekki um jörðina.
Þessi fjögur tungl gegndu enn kosmísku aðalhlutverki þegar danski stjarnfræðingurinn Ole Rømer nýtti sér sporbrautir þeirra árið 1667 til að reikna út sjálfan ljóshraðann. Og 300 árum síðar vakti Evrópa ennþá meiri áhuga þegar fyrsta könnunarfar manna flaug fram hjá henni.
Voyager 2 tók myndir af yfirborði Evrópu sem sýndu merki þess að ísinn væri sundurskorinn.
Einkum voru það myndir frá Voyager 2 frá árinu 1979 sem vöktu mikla athygli, því þær sýndu slétt yfirborð sem var þó sundurskorið af löngum línum eða skorum með furðulega fáum gígum. Það bendir til að einhvers konar eldvirkni hljóti að vera til staðar í iðrum tunglsins sem endurnýjar yfirborðið og sléttir út misfellur gíganna.
Þessi uppgötvun varð til þess að í fyrsta sinn voru stjarnfræðingar að velta fyrir sér hvort að undir þessu ísi þakta yfirborði gæti leynst haf með fljótandi vatni.
Geimkanninn Galileo renndi frekari stoðum undir þessa tilgátu en á sporbraut hans um Júpíter á árunum 1995 til 2003 flaug geimkanninn fram hjá Evrópu 12 sinnum og árið 2012 hlaut þessi hugmynd enn styrkari forsendur þegar myndir frá geimsjónaukanum Hubble sýndu merki þess að allt að 200 metra háir goshverir úr vatnsgufu skjótast upp úr yfirborðinu.
Í dag eru stjarnfræðingar sammála um að Evrópa leyni gríðarlegu magni af vatni undir ísiþöktu yfirborðinu, kannski tvisvar eða þrisvar sinnum meira en í samanlögðum úthöfum jarðar. Hins vegar ríkir mikill vafi um þykkt íshellunnar og eins hversu djúpt hafið kunni að vera. Europa Clipper er ætlað m.a. að leita svara við slíkum spurningum.
Flogið 50 sinnum yfir Evrópu
Ferðin til Evrópu hófst þann 14. október árið 2024 þegar sex tonna þungu könnunarfari var skotið á loft frá Kennedy Space Center í Flórída.
Smíði á Europa Clipper hjá NASA hófst árið 2019. Þetta meira en þriggja tonna könnunarfar er búið margvíslegum háþróuðum mælitækjum og öflugu loftneti.
Europa Clipper í tölum
- Þyngd þegar því var skotið á loft: 6 tonn (þar með talið 2,7 tonn af eldsneyti)
- Breidd með samanbrotnum sólarrafhlöðum: 30 metrar
- Flatarmál sólarrafhlöðu: 116 fermetrar
- Þvermál loftnets: 3 metrar
- Eldflaugahreyflar: 24, staðsettir í 1,5 metra breiðum álstrokk.
- Vísindatæki: 9
Evrópa Clipper kemur síðan til Júpíters í apríl 2030 og fer á sporbraut um gasrisann.
Fyrsta flug geimkannans yfir og fram hjá Evrópu verður vorið 2031 og á næstu tveimur árum mun könnunarfarið safna saman rannsóknum og mælingum frá þeirri hlið tunglsins sem snýr burt frá Júpíter. Rétt eins og okkar eigin máni hefur Evrópa svokallaðan bundinn snúning, þ.e.a.s. hún snýr alltaf sömu hlið að plánetu sinni.
Hreyfimyndin sýnir Europa Clipper fara yfir hlið Evrópu sem snýr frá Júpíter. Síðar mun kanninn rannsaka gagnstæða hlið tunglsins.
Eftir um 25 flugferðir yfir Evrópu breytir Europa Clipper braut sinni þannig að næstu 25 ferðir verða á þeirri hlið Evrópu sem snýr frá Júpíter.
Eftir hverja flugferð aðlagar geimkanninn kúrsinn lítillega þannig að í hvert sinn nær hann yfir nýtt svæði af yfirborði tunglsins og eftir allar 50 ferðirnar hefur kanninn náð að rannsaka allt að 90% af yfirborði Evrópu.
Öll gögn frá geimkannanum í alls 9 mælitækjum eru send til jarðar með heljarinnar loftneti kannans en það eru ekki einu útvarpsboðin sem fara milli Europa Clipper og jarðar.
Ótal mælitæki rannsaka Evrópu
Europa Clipper er þakin sérhönnuðum vísindalegum mælitækjum sem vísindamenn og tæknimenn hafa notað mörg ár í að smíða. Saman er þeim ætlað að kortleggja aðstæður fyrir líf á tunglinu.
1. Segulsvið sýnir vatnsgæði
Langt mastur kannans er segulmælirinn ECM sem mælir segulsvið Evrópu. Það myndast ekki af tunglinu sjálfu heldur af segulsviði Júpíters en það skapar strauma í vatni undir ísnum. Mælingarnar geta bæði afhjúpað dýpt hafsins og seltustig.
2. Varmi er til marks um þunnan ís
Hitanæm myndavél sem nefnist E-THEMIS skannar ísinn og finnur svæði þar sem hitinn er tiltölulega hár. Það kann að vera til marks um að efni hafi nýlega flotið út á yfirborðið ellegar að það leynist vatnsþró inni í íshellunni.
3. Ljós sýnir lífrænar sameindir
Innrauði litrófsmælirinn MISE og samsvarandi mælitæki fyrir útfjólublátt ljós greina ljós sem endurkastast frá íshellunni. Bylgjulengdir ljóssins afhjúpa hvaða frumefni er að finna og hvort Evrópa geymir lífvænleg efnasambönd.
4. Gas afhjúpar mögulega fæðu
Massarófsmælirinn MASPEX ber kennsl á sameindir í því gasi sem losnar frá yfirborðinu eða skýst út úr goshverum sem spretta upp úr leyndu hafinu undir íshellunni. Vonast er til að finnist næringarefni sem geta verið fæða fyrir örverur.
Ótal mælitæki rannsaka Evrópu
Europa Clipper er þakin sérhönnuðum vísindalegum mælitækjum sem vísindamenn og tæknimenn hafa notað mörg ár í að smíða. Saman er þeim ætlað að kortleggja aðstæður fyrir líf á tunglinu.
1. Segulsvið sýnir vatnsgæði
Langt mastur kannans er segulmælirinn ECM sem mælir segulsvið Evrópu. Það myndast ekki af tunglinu sjálfu heldur af segulsviði Júpíters en það skapar strauma í vatni undir ísnum. Mælingarnar geta bæði afhjúpað dýpt hafsins og seltustig.
2. Varmi er til marks um þunnan ís
Hitanæm myndavél sem nefnist E-THEMIS skannar ísinn og finnur svæði þar sem hitinn er tiltölulega hár. Það kann að vera til marks um að efni hafi nýlega flotið út á yfirborðið ellegar að það leynist vatnsþró inni í íshellunni.
3. Ljós sýnir lífrænar sameindir
Innrauði litrófsmælirinn MISE og samsvarandi mælitæki fyrir útfjólublátt ljós greina ljós sem endurkastast frá íshellunni. Bylgjulengdir ljóssins afhjúpa hvaða frumefni er að finna og hvort Evrópa geymir lífvænleg efnasambönd.
4. Gas afhjúpar mögulega fæðu
Massarófsmælirinn MASPEX ber kennsl á sameindir í því gasi sem losnar frá yfirborðinu eða skýst út úr goshverum sem spretta upp úr leyndu hafinu undir íshellunni. Vonast er til að finnist næringarefni sem geta verið fæða fyrir örverur.
Könnunarfarið er búið sérstöku útvarpsbylgjukerfi sem veitir sérstaklega nákvæma staðsetningu af kannanum miðað við Evrópu hverju sinni.
Kerfi þetta verður notað til að mæla hvernig þyngdarsvið tunglsins verkar á geimkannann í hvert sinn sem hann flýgur yfir því. Þyngdarsviðið breytist nefnilega eftir því hvar á braut sinni tunglið er statt og breytingarnar geta afhjúpað þá krafta sem eru að verki í iðrum tunglsins.
Tunglið fær orku sína utan frá
Jarðfræðileg virkni á Evrópu stafar ekki af innra orkuveri í formi geislavirkra efna líkt og raunin er hér á jörðu. Evrópa, með þvermál sem nemur ríflega 3.000 kílómetrum, er umtalsvert minni en okkar hnöttur og liggur auk þess órafjarri frá sólu. Hins vegar fær tunglið nær alla orku sína frá Júpíter.
Braut Evrópu um gasrisann er dálítið sporöskjulaga og því er tunglið hnoðað rækilega á leið sinni á sporbrautinni kringum gasrisann sem tekur um 85 tíma.
Þegar fjarlægðin til Júpíters er hvað mest eru þyngdaráhrifin minnst og Evrópa nánast kúlulaga en þegar fjarlægðin er minnst togar þyngdarkraftur Júpíters svo mikið í tunglið að það verður líkara eggi í laginu.
Sporöskjulaga braut Evrópu um Júpíter þýðir að þyngdaráhrif gasrisans verða sterkari og veikari með hverri braut. Breytingarnar valda því að tunglið breytir um lögun.
Þessum kröftum má líkja saman við sjávarfallaorku sem við upplifum hér vegna ferðalags mána okkar á braut sinni um jörðina okkar. Á Evrópu eru kraftarnir bara þúsund sinnum öflugri.
Þetta stöðuga hnoð skapar mikið viðnám í iðrum Evrópu og það er þessi núningsvarmi sem heldur vatninu undir íshellunni fljótandi og gæti einnig mögulega verið ástæða þess að líf kunni að finnast þarna.
Margir fræðimenn hafa velt fyrir sér hvort að á botni þessa dulda hafs sem gæti verið allt að 100 kílómetra djúpt streymi heitar uppsprettur frá berggrunninum og myndi þannig umhverfi sem gæti verið heppilegt fyrir líf.
Auk orkunnar þarf Evrópa vitanlega einnig að bjóða upp á helstu frumefni sem eru undirstaða lífs eins og vetni, súrefni, köfnunarefni, fosfór, brennisteinn og kolefni.
Mögulega er þau öll að finna á tunglinu og flest þeirra hafa þegar fundist.
Árið 2023 uppgötvaði Webb-sjónaukinn merki um CO2 á yfirborði Evrópu sem bendir til þess að kolefni sé mögulega að finna undir íshellunni.
Hringrás efna nauðsynleg lífi
Ef bæði fljótandi vatn, orku og réttar efnasamsetningar er að finna á Evrópu skortir einungis eitt enn til að lífið hafi einhvern möguleika: Að allt þetta blandist rækilega saman.
Stjarnfræðingarnir eru einkum forvitnir um hvort þessi efni geti víxlast og blandast á milli yfirborðs íshellunnar og hafinu undir henni, því þrátt fyrir að goshverir skjótist upp frá tunglinu er ekki víst að þeir komi frá miklum hafmassa. Þeir gætu verið upprunnir í minni vatnsþróm sem eru lokaðar inni í efri hluta íssins.
Ratsjá Europa Clippers, REASON, mun skanna ísinn á dýptina til að finna slík svæði. Mælitækið nýtir sér að boð með mismunandi bylgjulengdum endurkastast af mismunandi efnum, í þessu tilviki vatni og ís og þannig getur könnunarfarið afhúpað hvort afmörkuð vatnsból sé að finna í margra kílómetra þykkri íshellunni.
Þrír þættir skipta sköpum fyrir líkur á lífi
Öll þekkt lífsform þarfnast fljótandi vatns, orku og röð tiltekinna frumefna á sama tíma þannig að þó að allir þessir þrír þættir séu til staðar á Evrópu skiptir mestu máli hvort þeir geta blandast saman í lífvænlegu umhverfi.
1. Vatnið: Er hafið í snertingu við yfirborð íssins?
Goshverir benda til þess að fljótandi vatn berist út frá íshellu Evrópu en hvort það komi frá duldu hafi eða einangruðum svæðum í ísnum er óvíst. Líkur á lífi eru mestar ef hafið og yfirborðið ná snertingu.
2. Efnasamsetningin: Eru byggingarsteinar lífs til staðar í hafinu?
Líf þarfnast í minnsta lagi frumefnanna vetnis, súrefnis, köfnunarefnis, fosfórs, brennisteins og kolefnis. Ef hafið undir íshellunni er í snertingu við yfirborðið geta sum þessara efna borist í það utan frá, á meðan önnur efnasambönd losna frá berggrunninum undir hafinu.
3. Orkan: Styrkir eldvirkni líf?
Evrópa er ekki með eiginleg eldfjöll en þyngdarkraftur Júpíters hnoðar stöðugt iðrum tunglsins sundur og saman, þannig að núningsvarmi myndast í berginu. Á hafsbotni getur þessi orka skapað heitar uppsprettur sem spúa út kolefni og steinefnum. Hitinn og slík efnasambönd gætu gagnast mögulegu lífi.
Ef það er frjálst samspil milli yfirborðs Evrópu og lífvænlegra aðstæðna á botni hafsins gæti líf mögulega einnig fengið efni að utan.
Yfirborðið tekur stöðugt við nýju efni frá systurtungli sínu í formi fínna rykagna sem að sama skapi losnar um þegar örlitlir loftsteinar skella á ísnum. Fræðimenn telja að um 500 kíló af viðlíka efni frá yfirborðinu sé stöðugt að finna í ofurþunnum lofthjúpnum umhverfis tunglið. Með mælitækinu SUDA getur Europa Clipper greint efnasamsetninguna í rykögnunum og leitað eftir lífrænum efnasamböndum sem gætu verið byggingarsteinar lífs.
Búnaðinum SUDA er ætlað að fanga rykagnir yfir ísiþöktu yfirborði Evrópu og greina efnasamsetningu þeirra.
Mæligögn frá SUDA og hinum átta mælitækjunum munu veita stjarnfræðingunum hráefni til þess að hefja greiningarvinnu sem mun halda áfram löngu eftir að Europa Clipper hefur klárað leiðangur sinn.
Dróna verður sökkt niður í hafið
Fyrirhugað er að könnunarfarið muni að leiðarlokum hrapa niður á Ganýmedes í september 2034 en áður en það gerist munu mælingar Europa Clippers verða stjarnfræðingum haldbær leiðsögn fyrir næsta leiðangur til ístunglsins.
Mælingar drónans munu sýna hvar íshella Evrópu er þynnst og þannig gæti næsti lendingarkanni mögulega brætt sig í gegnum ísinn og sótt prufur í dulið hafið eða jafnvel sent annan minni dróna niður í vatnsmassann. Eins og Robert Pappalardo sagði í grein sem NASA birti:
„Sú vinna sem við höfum innt af hendi mun eftir áratug gjörbreyta þekkingu okkar á fjölbreytni heima í ytra sólkerfinu og eins hvort að líf geti mögulega fundist þar einmitt núna en ekki bara í einhverri fjarlægri fortíð.“
Ef hafið á tunglunum geymir líf sem hefur sprottið upp óháð lífi á jörðu hlýtur það að fela í sér að líf spretti upp einfaldlega sem náttúruleg afleiðing af réttum aðstæðum. Og þær getum við líklega fundið á miklu fleiri stöðum í okkar eigin sólkerfi sem og í öllum þeim milljörðum annarra sólkerfa sem er að finna í Vetrarbrautinni.
Fyrir utan alla aðra milljarða stjörnuþoka.
