چرا ماموریت اروپا کلیپر ناسا به قمر یخی مشتری بسیار مهم است

در اکتبر امسال، ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA) یکی از پیچیده ترین فضاپیماهای مونتاژ شده را به فضا پرتاب خواهند کرد. مقصدش؟ اروپا، چهارمین قمر بزرگ مشتری.
ماموریت اروپا کلیپرکه هدف آن رسیدن به اروپا تا سال 2030 است، با طیف وسیعی از ابزارها انباشته شده است که می تواند به دانشمندان کمک کند تا زمین شناسی و ترکیب پیچیده ماه را درک کنند. محققان می خواهند از این ابزارها استفاده کنند تا ایده بهتری از قابلیت سکونت اروپا بدست آورند. به عبارت دیگر، آنها می خواهند بدانند که آیا این قمر شرایط مساعدی برای وجود حیات دارد (حداقل حیات آن گونه که ما می شناسیم).
“سیاره مشتریقمر اروپا میتواند میزبان حیات در اقیانوس جهانی خود باشد.»
متصل: کاوشگر جونو ناسا تصاویر جذابی با وضوح بالا از قمر یخی مشتری اروپا ثبت کرد.
اخیراً تعدادی از دانشمندان درگیر در جنبههای مختلف این مأموریت در کنفرانس علوم اختربیولوژی 2024 سخنرانی کردند که کنفرانسی است که اعضای جامعه اختر زیستشناسی را برای همکاری و تبادل دانش گرد هم میآورد. آنها با جزئیات شگفت انگیز توضیح دادند که فضاپیما چگونه به مقصد خود می رسد، ماموریت چه چیزی را ممکن است فاش کند اروپامحیط و اینکه چرا ابزارهای کاوشگر می توانند سرنخ های وسوسه انگیزی از حضور حیات ارائه دهند.
ونس در طول این کنفرانس گفت: “اروپا کلیپر اولین ماموریتی است که برای بررسی قابلیت سکونت یک جهان اقیانوسی طراحی شده است.”
پس بیایید به وعده این دنیای یخی شیرجه بزنیم (متوسط) 444 میلیون مایل دور از ما
اقیانوس احتمالی اروپا
همه چیز با راه اندازی آغاز شد ماموریت گالیله در سال 1989، که شامل یک فضاپیما بود که به مدت هشت سال به دور مشتری می چرخید.
به لطف پروازهای ماژور توسط گالیله قمرهای جوین – آیو، اروپا، کالیستو و گانیمد – دانشمندان دریافتهاند که اروپا احتمالاً اقیانوسی مایع در زیر سطح بیرونی یخی خود دارد. این یک کشف فوق العاده هیجان انگیز بود زیرا در آن زمان دانشمندان از وجود آب مایع اطلاعی نداشتند. هر کجا در منظومه شمسی ما غیر از زمین این کشف درک ما را از محدوده قابل سکونت در منظومه شمسی گسترش داد، زیرا ثابت کرد که آب مایع می تواند خارج از پارامترهای به اصطلاح وجود داشته باشد.زون طلایی“- منطقه ای در اطراف یک ستاره که در آن آب مایع می تواند وجود داشته باشد. دانشمندان سیاره شناسی از آن زمان در حال خارش برای بازگشت به اروپا هستند.
ونس در کنفرانس توضیح داد: “ما سعی خواهیم کرد اقیانوس را با استفاده از میدان های مغناطیسی توصیف کنیم.”
ونس گفت: “گالیله، فضاپیمای قبلی، چهار بار در کنار اروپا پرواز کرد، به اندازه ای نزدیک که پاسخ مغناطیسی دریافت کند.” “مثل این است که اروپا از یک فلزیاب در فرودگاه عبور می کند، با این تفاوت که مشتری فلزیاب است که این میدان را ایجاد می کند که اروپا به آن پاسخ می دهد.”
دانشمندان ماموریت Europa Clipper را برای انجام پروازهای متعدد از اروپا برای مطالعه جنبه های مختلف پاسخ مغناطیسی ماه طراحی کردند. از یک سو، محققان تلاش خواهند کرد تا قدرت پاسخ را درک کنند، و از سوی دیگر، آنها سعی خواهند کرد زمان پاسخ را نسبت به میدان مغناطیسی مشتری اندازه گیری کنند. ونس گفت: از این طریق، ما امیدواریم که شوری اقیانوس را تعیین کنیم.

شیمی اروپا
در حالی که احتمال تایید وجود آب مایع در اروپا قطعا به خودی خود هیجان انگیز است، محققان همچنین می خواهند فرآیندهای دیگری را در ماه که می توانند بر قابلیت سکونت بالقوه آن تأثیر بگذارند، بهتر درک کنند.
برای مثال، نمای بیرونی اروپا در معرض سطوح بالایی از تشعشعات است ذرات باردار به دام افتاده در مغناطیس کره مشتری. در شرایط استاندارد، دانشمندان انتظار دارند چنین سطحی برای زندگی غیرقابل پذیرش باشد. با این حال، تشعشع نیز امکان پذیر است مشارکت برای قابل سکونت بودن اروپا این به این دلیل است که قرار گرفتن در معرض تشعشعات در سطح ماه می تواند مولکول های آب را به اجزای تشکیل دهنده آنها تجزیه کند. اکسیژن و هیدروژن. اختر زیست شناسان علاقه مند هستند که آیا این اتم های اکسیژن حاصل از سطح اروپا می توانند با اقیانوس شور زیرین مخلوط شوند یا خیر. زهکشی آب نمک های نزدیک به سطح از طریق ترک های سطحی اما برای رسیدن به این نتیجه، دانشمندان باید دینامیک و ضخامت لایه یخی ماه را درک کنند.
خوشبختانه، اروپا کلیپر در این مورد است.
این فضاپیما مجموعه ای از ابزارهای تصویربرداری برای کمک به استنتاج فرآیندهای زمین شناسی رخ داده در سطح ماه خواهد داشت. یکی از این ابزارها رادار نفوذ کننده یخ است که می تواند به تعیین ضخامت پوسته یخ کمک کند. این به محققان این ایده را می دهد که مرز بین سطح و داخل اروپا چقدر نفوذپذیر است.

ونس گفت: “سطح اروپا از نظر زمین شناسی بسیار جالب است و احتمالاً برای مدت طولانی فعال بوده است. ممکن است آنقدر ضخیم نباشد و ممکن است موادی برای حیات درست در زیر سطح وجود داشته باشد.”
به عنوان مثال، اکسیژن یک عنصر واکنشی است. این یعنی اکسیژن از سطح اروپا به داخل آن منتقل می شود به طور بالقوه می تواند در واکنش های شیمیایی زیرزمینی که انرژی تولید می کنند استفاده شود. این واکنش ها در صورت وقوع، به دلیل حیات میکروبی ساکن در اقیانوس رخ می دهد زیرا این میکروب ها برای دریافت انرژی به نور خورشید دسترسی نخواهند داشت.
فعل و انفعالات آب و سنگ در اعماق اروپا نیز ممکن است هیدروژن و سایر مواد شیمیایی را در اقیانوس آزاد کند. و از آنجایی که اروپا به طور مداوم توسط نیروهای جزر و مدی عظیم در حین چرخش به دور مشتری خم می شود، احتمالاً داخل ماه گرم است. این بدان معناست که دریچه های گرمابی ممکن است کف اقیانوس را با مواد مغذی شیمیایی تامین کنند، مشابه روشی که سیستم های دریچه ای موجود در کف اقیانوس زمین کار می کنند.

شکار امضاهای زیستی
از آنجا که محققان و مهندسان در حال حاضر اطلاعات کافی در مورد ویژگی های سطح اروپا ندارند، فرود بر روی ماه جوین، حداقل برای این ماموریت، قابل بحث نیست.
این بدان معناست که وقتی فضاپیما به اروپا می رسد، محققان با آنچه که می توانند از مدار ببینند و جمع آوری کنند، محدود خواهند شد. از آنجایی که هر گونه حیات بالقوه در کمین اروپا احتمالاً در فضای داخلی آن است، محققان در عوض به دنبال علائم قیاسی قابل مشاهده در سطح و جو آن خواهند بود.
Europa Clipper مجموعهای از ابزارها را دارد که مواد پرتابشده از آبفشانهای یخی ماه را جمعآوری میکند و این مواد میتواند شواهد قانعکنندهای در اختیار اختر زیستشناسان قرار دهد که نشان میدهد فرآیندهای زنده واقعاً در زیر سطح اتفاق میافتند.
اخترزیست شناسان معمولاً چنین شواهدی را «امضای زیستی» می نامند. امضای زیستی محصول فرعی شیمیایی فرآیندهای زندگی است. به عنوان مثال، سطوح بالای اکسیژن در جو زمین را می توان به عنوان یک علامت زیستی تولید شده توسط گیاهان در نظر گرفت. با این حال، آنچه ممکن است در یک زمینه به عنوان امضای زیستی در نظر گرفته شود، ممکن است در زمینه دیگری نباشد. یکی از نمونههای اخیر کشف آثار فسفین بود. امضای زیستی ممکن، در جو زهره. روی زمین، فسفین محصول جانبی اکوسیستم های بی هوازی است. که باعث شده برخی گمان کنند که زهره دارای موجودات بی هوازی در جو آن است. با این حال، محققان بعدا فاش کردند فسفین موجود در جو زهره ممکن است توسط آتشفشان تولید شده باشد.
فرآیندهای غیر زنده همچنین قادر به تولید مواد شیمیایی هستند که ما معمولاً آنها را با فرآیندهای زنده مرتبط میدانیم و آنچه را که ممکن است نشانههای حیات بدانیم پنهان میکنند. این بدان معنی است که هر گونه امضای زیستی ممکن باید در زمینه سیستمی که در آن قرار دارد معنا پیدا کند.
در زمین، اکسیژن به طور مداوم در جو ما توسط جلبک ها، سیانوباکترها و گیاهان دوباره پر می شود. برای هر کسی که از دور به اتمسفر زمین نگاه می کند، سطح بالای اکسیژن ما نشان دهنده این است که برخی از شیمی های جالب در حال انجام است، زیرا اکسیژن موجود در جو ما اگر دوباره شارژ نمی شد (به دلیل واکنش پذیری بالا) مدت زیادی دوام نمی آورد. با این حال، اگر کسی به دنبال اکسیژن به عنوان نشانه ای از حیات در جو زمین قبل از شروع یک رویداد بزرگ اکسیژن رسانی 2.4 میلیارد سال پیش، آنها چندان خوش شانس نبودند. زمین معمولی به نظر می رسد، حتی اگر خانه زندگی باشد.
الیزابت “کار زیادی انجام شده است تا بفهمیم چه نوع امضاهای شیمیایی وجود دارد و چگونه می توان آنها را تشخیص داد… ما زندگی را به عنوان یک چیز دوتایی در نظر می گیریم، اما تشخیص حیات لزوماً دوتایی یا آسان نیست.” “زیبی” لاک پشت از آزمایشگاه فیزیک کاربردی جان هاپکینز در این کنفرانس گفت. لاک پشت هدایت می کند سیستم تصویربرداری اروپا (EIS) اروپا Clipper.

یکی از هیجانانگیزترین فناوریهایی که اروپا Clipper در سفر خود به منظومه Jovian دارد، طیفسنج جرمی بررسی سیارهای است. MASPEX. MASPEX گازها و مولکول های موجود در جو اروپا را در طول پروازهای نزدیک فضاپیما جمع آوری می کند.
چگونه کار می کند؟ این ابزار موادی را که از جو اروپا می گیرد با الکترون های پرانرژی (ذرات با بار منفی) بمباران می کند و الکترون های خود را از مواد جمع آوری شده جدا می کند. این امر مولکول های به دام افتاده را به یون های دارای بار مثبت تبدیل می کند. یک اتم یا مولکول زمانی یونیزه میشود که به نسخهای با بار مثبت یا منفیتر از خود تبدیل شود، که اگر الکترونها یا پروتونهایی را که دومیها ذرات باردار مثبت هستند به دست آورد یا از دست بدهد، ممکن است اتفاق بیفتد.
سپس یون های تولید شده توسط MASPEX را می توان در اطراف یک “لوله رانش” نیز روی دستگاه شتاب داد، جایی که یون های سبک تر با سرعت بیشتری در اطراف لوله حرکت می کنند. بنابراین، سرعت حرکت یون ها در لوله به دانشمندان ایده ای از جرم آنها و به نوبه خود هویت آنها می دهد.
“در حالی که هدف درک شیمی که اروپا را به حرکت در می آورد، از جمله متابولیسم های احتمالی است که ممکن است در اقیانوس های اروپا اتفاق بیفتد، طیف سنج جرمی و تحلیلگر غبار همچنین توانایی برداشت مولکول های آلی بزرگ، از جمله اسیدهای آمینه و چیزهایی را دارند که ممکن است سرنخ هایی باشند. ونس در AbSciCon2024 گفت.
اگر MASPEX بتواند مولکولهای آلی یا حتی اسیدهای آمینه را شناسایی کند و همچنین نشان دهد که مواد از سطح ماه مسیر روشنی به اقیانوس زیر دارند، دلیل زیادی برای خوشبینی به شانس اروپا برای زندگی در اختیار محققان قرار خواهد داد.




