Europa Clipper: Gigantisk rumsonde skal søge efter liv ved Jupiter

Den over seks ton tunge rumsonde Europa Clipper er nu på Cape Canaveral, affyringskomplekset på en halvø ved Floridas Atlanterhavskyst, og er ved at blive gjort klar til en rejse til Jupiter og dens ismåne Europa.

Missionen har været udsat nogle dage på grund af orkanen Milton, men nu er planen, at opsendelsen sker opsendelsen mandag 14. oktober kl. 18.06 dansk tid.

Formålet er at komme nærmere svaret på, om der under det kilometertykke isdække på Europa skjuler sig et hav, der måske endda rummer levende organismer.

Opsendelsen af Europa Clipper sker allerede året efter, at også den europæiske rumfartsorganisation ESA sendte en seks ton tung rumsonde til Jupiter. Det var rumsonden JUICE, som du kan læse om i denne artikel.

Begge rumsonder skal efter planen udforske Jupiters måner i perioden 2030-2035.

Hvorfor den store interesse for Europa?

Europa er en af de fire store Jupiter-måner, der blev opdaget af Galileo i år 1610.

De fire måner er Io, Europa, Ganymedes og Callisto, men det var først, da rumsonden Voyager nåede frem til Jupiter i 1979, at vi fik set månerne på tæt hold.

Voyagers nærbilleder viste, at kun to af månerne, nemlig Ganymedes og Callisto, lignede vores egen måne med et landskab domineret af gamle meteorkratere.

Io har slet ingen kratere, men det skyldes en meget voldsom vulkansk virksomhed, der hurtigt sletter ethvert spor af et meteorkrater.

Så var der Europa med en næsten helt hvid, isdækket overflade og næsten uden kratere. Det var et tegn på, at der stadig var en geologisk aktivitet, som kunne fjerne gamle kratere – og det selv om Europa er lidt mindre end vores egen måne.

Det var uventet, for vores egen måne er jo geologisk set død, og desuden er Europa meget kold med en temperatur på -160^o C.

Men så kom de magnetiske målinger.

Jupiter har et meget kraftigt magnetfelt, som fejer gennem ismånen Europa, fordi Jupiter roterer hurtigt om sin egen akse, hvilket Europa reagerer på ved at skabe sit eget magnetfelt.

Dette kan man kun forklare ved, at der inde under Europas is er noget materiale, som let kan lede en elektrisk strøm. Hvis det er tilfældet, vil Jupiters magnetfelt nemlig inducere en elektrisk strøm dybt nede under isen, som så skaber et magnetfelt.

Langt den mest nærliggende forklaring er, at der under isen er et saltholdigt ocean.

Teorien understøttes af, at tidevandskræfter fra de tre andre store måner hiver og slider i Europa, og dermed kan varme det indre så meget op, at der kan dannes et ocean dybt nede under det islag, som dækker Europa.

Dertil påvirker tidevandet fra oceanet is-overfladen, så den aldrig er helt i ro, og det kan forklare, at der kun er meget få kratere på ismånen. Det er endda muligt, at havet ved sjældne lejligheder bryder gennem isen, så overfladen fyldes med store isflager – men på grund af den stærke kulde fryser det hele hurtigt til igen.

Ingen har nogensinde set dette hav, men der er jo en forventning om, at hvor der er vand, kan der også være liv.

Men som vi nu skal se, skal vi ikke vente et sikkert svar på spørgsmålet om liv, også selvom Europa Clipper gennemfører hele sit fire år lange forskningsprogram.

Store forventninger

Man har store forventninger til NASA's rumsonde Europa Clipper, fordi vi nu mener, at Europa godt kunne have alle de ingredienser, der er nødvendige for livet: Ikke kun et flydende hav, men også vigtige kemikalier og energi i form af stråling fra Jupiter.

»Havet kan være et ideelt miljø til at huse primitivt liv med forhold, der ligner dem i Jordens termiske åbninger i de dybe oceaner, hvor liv kan være opstået på vores planet,« lød det blandt andet fra Bonnie Buratti, en af de mange forskere der arbejder på projektet, i det amerikanske videnskabsmedie New Scientist.

Desværre kan vi ikke sige så meget om havmiljøet ud fra målinger, der er foretaget højt over den isdækkede overflade. Det er nødvendigt at kunne måle på prøver fra havet, og det vil måske blive muligt.

I 2005 opdagede Cassini-rumfartøjet, der kredsede om Saturn, at den lille ismåne Enceladus har nogle meget aktive gejsere nær dens sydpol, hvorfra der tilsyneladende konstant slynges vand og vanddamp fra et underjordisk hav langt ud i rummet.

Cassini er flere gange fløjet gennem disse gejsere, men dens instrumenter var ikke beregnet til en nøjere analyse.

I 2012 opdagede Hubble-rumteleskopet antydninger af noget lignende på Europa.

Det ser ud til, at der er en meget begrænset gejser-aktivitet, men man skal være heldig for at flyve gennem en gejser, mens den er i udbrud – modsat altså Enceladus, hvor gejserne hele tiden er i udbrud.

I hvert fald skal Europa Clipper søge efter en mulig gejseraktivitet.

Vi vil vende tilbage til den videnskabelige forskning. Men inden da ser vi lidt på problemer, der er forbundet med at sende en rumsonde til ismånen Europa.

En bankboks og en kanariefugl

Det er en utrolig vanskelig opgave, der venter Europa Clipper, da Jupiter har nogle meget kraftige strålingsbælter, og det er en udfordring for selv den bedste elektronik.

Desværre har Europa en bane så tæt på Jupiter, at strålingen her er mere, end nogen rumsonde kan klare i længere tid.

Man kan sige, at alle de planer, der var lagt for at udforske Europa, var dikteret af en eneste ting: Udsæt ikke rumsonden Europa Clipper og dens instrumenter for mere stråling, end elektronikken kan klare.

Derfor skal Europa Clipper ikke gå i bane om Europa – det havde ellers været videnskabeligt set den bedste idé.

I stedet skal rumsonden ind i en meget aflang bane om Jupiter, hvor den tilbringer så meget tid som muligt så langt borte fra planeten, at strålingen ikke er det store problem, og hvor elektronikken kan 'køle ned’.

Derfor består udforskningen af Europa af godt 50 hurtige forbi-flyvninger, hvor Europa Clipper måske kun har et par timer så tæt på Europa, at der kan foretages videnskabelige målinger.

I en blogpost om projektet har NASA beskrevet problemet således:

»Jupiter-systemet er særlig skadeligt for rumfartøjer, da planetens enorme magnetfelt - 20.000 gange stærkere end Jordens magnetfelt - indfanger ladede partikler og accelererer dem til meget høje energier, hvilket skaber intens stråling, der bombarderer Europa og andre indre måner.«

For at klare strålingen nær Europa gemmer man instrumenterne i en slags bankboks med én centimeter tykke vægge af aluminium. Det var derfor et stort øjeblik, da bankboksen blev lukket 7. oktober sidste år. Nu skulle man da være sikre på, at elektronikken kunne klare sig…

Men så kom chokket 2. maj i år.

Kontrolmålinger havde nemlig vist, at de transistorer, som var installeret på rumsonden, slet ikke var så modstandsdygtige over for stråling, som de burde være.

Der er et par tusinde af disse specialbyggede transistorer af flere forskellige typer i rumsonden. Skulle man skifte dem alle ud, ville det tage flere år og koste en formue, hvilket nok ville få NASA til at opgive hele projektet.

Der blev testet dag og nat, men på et tidspunkt kom NASA-forskeren Jeff Srinivasan med en smart idé:

Man kunne montere én af hver type transistor i et specialbygget kredsløb, som blev anbragt i en kasse, der derefter kunne monteres på rumsonden. Data fra denne kasse ville så vise, hvordan hver af de forskellige typer transistorer var i stand til at overleve strålingen ude ved Jupiter.

Et sådant forsøg ville være som en kanariefugl i en kulmine.

I mange år har kanariefugle været brugt til at advare mod udslip af giftige gasser – noget, som kanariefugle er meget følsomme overfor, så en død kanariefugl blev anset for et tegn på, at man skulle se at komme væk.

Da kassen havde samme opgave som kanariefuglen, blev den hurtigt omdøbt til ’fugleburet’. Hvis en bestemt type transistor svigtede i fugleburet, mens Europa Clipper kredsede om Jupiter, ville holdet på Jorden hurtigt få så mange oplysninger, at de kunne nå at lægge planer.

Men det endte godt. Med fuglebur og masser af nye test gav NASA til sidst grønt lys for, at opsendelsen kan ske i oktober – men som sagt efter nogle hektiske måneder.

Rejsen til Jupiter

Europa Clipper skal opsendes med en af de største raketter, USA råder over, nemlig Falcon Heavy. Men selv den er ikke stærk nok til at sende rumsonden direkte til Jupiter.

For at få fart nok på skal Europa Clipper først flyve forbi Mars i februar 2025 og derefter forbi Jorden i december 2026. Det er en manøvre, der kaldes 'Gravity Assist', hvor tyngdefeltet fra Mars og Jorden giver rumsonden et ekstra skub.

Ved ankomsten til Jupiter skal sonden som nævnt sendes ind i en aflang bane om Jupiter for at beskytte den mod strålingen. Det kræver, at Europa Clipper bremses ned, og den manøvre tager 8 timer og bruger mere end halvdelen af de 2,7 ton brændstof, rumsonden medbringer.

Resten af brændstoffet skal bruges i perioden 2030-2034, hvor rumsonden hele tiden skal justere sin bane, for at sikre at den i løbet af disse fire år flyver tæt forbi Europa næsten 50 gange.

Europa Clipper er i denne periode helt afhængig af hjælp fra især de to store måner Ganymedes og Callisto, hvor man udnytter månernes tyngdekraft til at ændre rumsondens bane, uden at sonden behøver at bruge ret meget brændstof.

Alene planlægning af banen har krævet et enormt regnearbejde og taget flere år. Faktisk har flere end 4.000 ingeniører og videnskabsmænd allerede nu arbejdet på projektet i mere end 10 år – og forude venter den 10 år lange flyvning.

Europa Clipper kommer til at afslutte sin karriere med at blive sendt mod Ganymedes, hvor den bringes til at styrte ned på overfladen - et nedslag, der muligvis kommer til at blive overværet af ESA's JUICE-sonde, der på det tidspunkt gerne skulle kredse om Ganymedes.

Man har valgt et nedslag på Ganymedes i stedet for Europa, fordi sandsynligheden for at finde liv her er meget mindre end på Europa. Og er der noget, man ikke ønsker, så er det en biologisk forurening af Europa, før den er undersøgt nøjere.

Udforskningen

Som vi har set, er det en meget vanskelig opgave at udforske Europa, men forskerne bag projektet har virkelig gjort deres bedste.

Ved hjælp af de instrumenter, rumsonden har med sig, forventer NASA at kunne kortlægge Europa 100 gange mere detaljeret, end det hidtil har været muligt.

Der er naturligvis to gode kameraer, der også kan tage billeder i både synligt, infrarødt og ultraviolet lys. Man er især interesserede i de infrarøde billeder, for de kan afsløre eventuel cryovulkanisme og steder, hvor isen er særligt tynd.

Et ultraviolet spektrometer skal undersøge Europas ultratynde atmosfære og måske lede efter tegn på gejsere, hvor havet slynges ud i rummet fra riller og sprækker. Finder man sådanne gejsere, skal Europa Clipper naturligvis flyve gennem dem og grundigt analysere det stof, som slynges ud.

Europa Clipper medbringer også et instrument, der gør det muligt direkte at undersøge, hvilke stoffer der findes på overfladen.

Instrumentet hedder SUDA, der står for 'Surface Dust Analyzer', og idéen er at analysere de ispartikler, som hele tiden slynges ud i rummet efter små meteornedslag.

Man regner med, at der konstant er omkring 500 kilo støvpartikler, som i kortere eller længere tid svæver omkring Europa. Ved hjælp af et massespektrometer vil SUDA afsløre de forskellige slags is, som Europas overflade er lavet af. Vi ved, at det mest er vand-is, men der er også er forskellige salte og organisk materiale.

Man har udført laboratorieforsøg for at undersøge, om SUDA kan opdage, om der er fragmenter af liv i de små ispartikler.

Det har man gjort ved at sende en vandstråle mod en kopi af SUDA med samme hastighed, som Clipper har, når den flyver forbi Europa – omkring fire til seks kilometer i sekundet. Vandstrålen simulerer ispartikler fra Europa.

Der blev anvendt en laser til at ionisere molekylerne og opdele dem i deres bestanddele, og forsøget viste, at hvis der er spor af levende celler i ispartiklerne, vil SUDA kunne finde det.

Dertil er der mange andre målinger, især af Europas magnetfelt, der kan afsløre både hvor tykt islaget er, og måske også hvor dybt oceanet er.

Ingen landing de næste mange år

Det er klart, at det næste skridt vil være at forsøge at landsætte en sonde på Europa.

Danske forskere fra DTU mener endda at have fundet steder, hvor strålingen ikke er så stærk, at sonden bliver ødelagt efter bare kort tids ophold.

Men med den tid det tager at forberede en sådan opsendelse, og de år det tager at rejse derop, skal vi nok ikke vente, at en sådan rejse bliver mulig meget før 2040.

Det helt afgørende bliver, om Europa Clipper finder steder, hvor isen er så tynd, at det er muligt at bore sig gennem den ned til oceanet.

Hvis ikke, så må man nøjes med at tage målinger fra selve overfladen, hvilket nok kan lære os en hel del – men det vil næppe være nok til at begrunde en milliardstor udgift til en landingssonde.