De Galileïsche manen in de belangstelling


Zowel bij NASA als bij de Europese tegenhanger ESA blijft het zoeken naar indicaties van leven een hot topic. En daarbij gaan beide organisaties het niet altijd ver zoeken. Nu ja, 'niet ver' is relatief voor ons, Jupiter staat gemiddeld op zowat 800 miljoen kilometer van onze planeet verwijderd. Op kosmische schaal een boogscheut. Alhoewel: het licht en draaggolven met informatie zijn nog altijd ongeveer 50 minuten onderweg. Enkele rit!

 

jpegPIA01299.width-1600.jpg

Copyright: NASA JPL

 

De zogenaamde Galileïsche manen zijn de vier grootste manen van Jupiter: Io, Europa, Ganymedes en Callisto. Ze zijn reeds ontdekt door Galileo Galilei in januari 1610. Door eerdere verkenningsvluchten van ruimtesondes kwam vooral Europa in het vizier. En daar zat de onbemande Amerikaanse ruimtesonde Galileo wel voor iets tussen. In december 1995 parkeerde die zich in een omloopbaan bij de reuzenplaneet en begon ijverig aan het onderzoek waarvoor de robot was geprogrammeerd. Wegens het opvangen van aanwijzingen als zou er zich een immens waterreservoir onder de ijskorst van Europa bevinden, was internationale interesse gewekt. Want waar water is, zou er ook leven kunnen zijn…

Dit onderzoek heeft dus een staartje gekregen, en daar gaan we het hier over hebben. Met als leidraad twee missies die in de steigers staan: de NASA-missie Europa Clipper en de ESA-missie JUICE.

 

De NASA-missie Europa Clipper

Was eerder gekend onder de naam Europa Multiple Flyby Mission. Misschien een meer toepasselijke naam? Volgens huidige planning is de lancering (letterlijk dan) van de missie voorzien in oktober 2024 vanop het Kennedy Space Center in Florida. De draagraket die het zaakje in de ruimte zal brengen is een Falcon Heavy-raket van SpaceX, en waarvan onderdelen herbruikbaar zijn. De klus zal worden geklaard door de tweetrapsraket, geassisteerd door twee boosterraketten. Deze raket is operationeel sinds 2018 bij het bedrijf van Elon Musk.

Wegens de kosmische slakkengang van de reis wordt het einde van de rit verwacht in april 2030 en dan kan begonnen worden met rondjes vliegen.

In een baan om Jupiter zal de ruimtesonde ongeveer een jaar nodig hebben om het traject van de fly-overs boven Europa voor te bereiden. Tevens een gelegenheid om wat extra’s op te steken over de gasplaneet. Het ruimtetuig zal daarna drie jaar lang ongeveer 45 keer langs Europa vliegen. Na elke fly-over worden de gegevens van de metingen naar de Aarde gestuurd. In de loop van de missie zal bijna de hele maan gescand worden, en dat in verschillende resoluties. Een 'stralingskluis' beschermt de elektronica van het instrumentarium tegen de harde straling van Jupiter. De wanden van de doos zijn van een aluminiumlegering van ongeveer 9,2 millimeter dik.

 

NASA%20Europa%20Clipper.jpeg

Copyright: NASA JPL

 

Europa Clipper zal gedetailleerd onderzoek van deze Jupitermaan uitvoeren middels een set van geavanceerde wetenschappelijke instrumenten aan boord. Dit is het instrumentarium:

  • Camera's en spectrometers zullen afbeeldingen maken met een hoge resolutie en het mogelijk maken om kaarten samen te stellen van zowel het oppervlak als de (ijle) atmosfeer.
  • Een radar, een magnetometer, plasmasensoren en metingen van zwaartekrachtvelden zullen gegevens verzamelen over de vermoedelijke oceaan en over het diepe binnenste van de maan.
  • De thermische camera zal minuscule warmteverschillen detecteren en zal zo 'warmer' ijs lokaliseren, wat een indicatie kan zijn voor recente geothermische activiteit.
  • Een stofanalysator en een massaspectrometer zullen het mogelijk maken om de chemie van deeltjes in de ruimte nabij de maan te bestuderen.

Een gedetailleerde lijst van het instrumentarium kan je vinden op Instruments | Spacecraft – NASA's Europa Clipper en een 3D-afbeelding van het ruimtetuig op Meet Europa Clipper | Spacecraft – NASA's Europa Clipper.

Deze wetenschappelijke instrumenten van de laatste generatie zijn geavanceerder en gevoeliger dan alles wat eerder op deze Jupitermaan is losgelaten. Door een multidisciplinaire samenwerking zullen de wetenschappers van deze missie proberen te ontdekken of Europa een omgeving herbergt waarin leven mogelijk is. Er zijn geen instrumenten aan boord om leven as such te gaan detecteren. Voorrang wordt gegeven aan klaarheid op volgende vragen:

  • Bevindt er zich echt een oceaan onder de ijskorst?
  • Zo ja, hoe diep is dat reservoir?
  • Is de chemische samenstelling van deze oceaan geschikt voor microbieel leven?
  • Is de ijskorst dusdanig actief dat oppervlaktemateriaal naar de oceaan kan migreren en vice versa, zodat misschien de oceaan kan worden verrijkt met moleculen van bovenaf die als 'voedsel' voor organismen kunnen dienen?

Een hele rits wetenschappelijke gegevens zullen beschikbaar worden. Een megaklus dus om te analyseren, terwijl iedereen nieuwsgierig afwacht om te weten te komen of er op deze ijswereld omstandigheden voorkomen die geschikt zouden zijn voor (microscopisch?) leven. Het maken van afbeeldingen met hoge resolutie van het oppervlak, het analyseren van de samenstelling, het zoeken naar tekenen van recente of aanhoudende geologische activiteit, het meten van de dikte van de bevroren schil, het zoeken naar ondergrondse meren en het bepalen van de diepte en het zoutgehalte van de oceaan: deze panoplie van state of the art onderzoeksmethodes biedt alleszins de beste garantie voor een sluitende conclusie. Met het besef dat wetenschappelijk onderzoek meestal andere vragen genereert.

 

Een vervolgmissie?

De Europa Lander is een door NASA voorgesteld project om een ruimtesonde op Europa te laten landen. Op heden zijn voorbereidende studies aan de gang. Als het wordt gefinancierd en ontwikkeld als een grote strategische wetenschappelijke missie, zou het in 2027 worden gelanceerd. De bedoeling is om het onderzoek door de Europa Clipper-opdracht aan te vullen met in situ monsternames en analyses.

De doelstellingen van deze toekomstige missie zijn om indicaties van leven in de ondergrond op te sporen, om de samenstelling van de ondergrond te karakteriseren, om na te gaan waar er zich vloeibaar water bevindt en om onlangs uitgebarsten materiaal nabij de landingsplaats te analyseren.

 

Van het Russische front

Het Russische Federale Ruimteagentschap Roscosmos heeft eveneens en gelijktijdig de Laplace-P-missie gepland. Het project is wel toegespitst op Ganymedes. En de Russen gaan zowel een ruimtetuig in een omloopbaan rond de maan brengen als een ruimtesonde laten landen op het oppervlak.

De belangrijkste doelstellingen ook van deze missie zijn het bestuderen van de atmosfeer en de ijskorst van Ganymedes, evalueren of er leven mogelijk is en het in situ zoeken naar sporen van bio-organismen. Er zal dus ruimte zijn om bevindingen globaal te delen, te vergelijken en te analyseren. Tenminste als men openstaat voor dergelijke internationale wetenschappelijke samenwerking. En als de politiek niet dwarsligt.

 

De ESA-missie JUICE

In Europa heeft men ook niet stilgezeten. Zo is de Europese ruimtevaartorganisatie ESA druk bezig met de voorbereiding van een gelijkaardig project.

JUICE - JUpiter ICy moons Explorer - is de eerste grootschalige missie in ESA's 'Cosmic Vision 2015-2025-programma'. De twee thema’s van dit programma nu aan de orde zijn de kwesties: “Wat zijn de voorwaarden voor planeetvorming en voor het ontstaan van leven?” en “Hoe functioneert het Zonnestelsel?”

De lancering van deze missie is gepland in 2023 vanop het Centre Spatial Guyanais (CSG) bij Kourou in Frans-Guyana middels het beproefd werkpaard dat de Ariane 5-raket is. Deze vertoont een gelijkaardige indeling en design met min of meer dezelfde technische karakteristieken als de Falcon Heavy van Elon Musk. Misschien is deze Europese raket iets milieuvriendelijker wegens het gebruik van waterstof in plaats van de extrageraffineerde kerosine (RP-1) van de Amerikanen. Aankomst bij Jupiter wordt ook in 2030 verwacht.

 

ESA%20JUICE.png

Copyright: ESA / NASA JPL

 

De ruimterobot zal minstens gedurende drie jaar gedetailleerde observaties uitvoeren van zowel de gigantische gasplaneet Jupiter als van drie van zijn grootste manen: Ganymedes, Callisto en Europa. De hoofdbrok van deze missie ligt bij het onderzoek van Ganymedes, maar een belangrijke zoekopdracht blijft de oceaan onder de ijskorsten van Europa en Ganymedes. Met in het achterhoofd de hoopvolle verwachting om een vorm van leven te vinden.

De belangrijkste wetenschappelijke doelstellingen voor Ganymedes, en ook deels voor Callisto, zijn:

  • karakterisering van de oceaanlagen en detectie van vermeende ondergrondse waterreservoirs;
  • topografische, geologische en compositorische kartering van het oppervlak;
  • studie van de fysische eigenschappen van de ijslagen;
  • beschrijving van de interne massaverdeling, evaluatie van de dynamiek en de evolutie van binnenste lagen;
  • onderzoek van de exosfeer;
  • studie van het magnetische veld van Ganymedes en zijn interacties met de Jupitermagnetosfeer.

Voor Europa ligt de nadruk op onderzoek naar de chemie die essentieel is voor het ontstaan van leven, inclusief de aanwezigheid van organische moleculen. Naast water en ijs wil men ook onderzoeken hoe de andere materie van de maan is ontstaan en hoe de samenstelling ervan de vorming van levensvatbare moleculen zou beïnvloeden. Als primeur zal JUICE de eerste ondergrondse peilingen uitvoeren, zoals het meten van de minimum dikte van de ijskorst bij de meest actieve gebieden waar men recentelijk 'geisers' heeft waargenomen.

Gedurende 36 dagen voert de ruimtesonde een aantal fly-overs uit boven Europa. Op een rijtje zijn de belangrijkste wetenschappelijke actiepunten:

  • alles wat geen ijs is onder de loep nemen;
  • geologisch onderzoek van de ondergrond bij de meest actieve gebieden;
  • bepalen van de lokale plasma omgeving.

De JUICE-missie focust zich op Ganymedes en Callisto, samen met twee fly-overs boven Europa. De meeste trajecten liggen buiten de belangrijkste stralingsgordels van Jupiter. Dit betekent dat collectieve schermen kunnen worden gebruikt als primaire afscherming voor de elektronica aan boord. De berging van de lading zal rekening houden met de mate waarin stralingsafscherming nodig is om te voldoen aan de vereisten van elk individueel instrument.

Een gedetailleerde lijst van de instrumenten aan boord met technische uitleg en waarvoor ze dienen, dat vind je op ESA Science & Technology - JUICE's instruments. Een artistieke impressie van het JUICE-ruimtetuig staat dan weer op  ESA Science & Technology - Artist's impression of the JUICE spacecraft (nee, geen 3D-afbeelding).

 

Nabeschouwingen

De thema’s van onderzoek zijn voor zowel Europa Clipper als JUICE zeer gelijklopend: namelijk bevestiging krijgen dat er een immense oceaan onder de ijskorst ligt en nagaan of er leven kan ontstaan of bestaat in deze omgeving. Hierbij worden vooral Europa en Ganymedes geviseerd. Respectievelijk door NASA en ESA. Beide agentschappen zijn druk bezig met de voorbereidingen voor hun lanceringen. Ook qua timing lopen deze missies parallel.

Als daarenboven de Russen zich er nog eens komen tussenwringen, dan is misschien enig overleg gewenst. Alhoewel er natuurlijk nog veel plaats is in de ruimte. Er zal alleszins een lawine van gegevens worden doorgeseind naar de Aarde. Informatie die zal moeten geanalyseerd worden. Voor wie zich wil bekwamen in deze materie geen gebrek aan werk voor minstens de volgende decennia.

Tiens, en de Chinezen? Eerlijk gezegd, ik heb er niet speciaal naar gezocht. Zoekmachines genereren ook niet vlotjes links met China. Maar die laten vermoedelijk niet zo graag over hun schouder kijken? Misschien iets voor later…

De stuwraketten die de tuigen in de ruimte moeten krijgen, zijn bij de twee missies niet veel verschillend. Wat logisch is want de ladingen zijn qua gewicht vergelijkbaar en ze moeten allebei naar Jupiter in eenzelfde tijdspanne.

Wat Europa Clipper bij de maan Europa gaat doen zal voor JUICE bij Ganymedes gebeuren. Het belooft spannend te worden. De wetenschap kan er maar wel bij varen.

Voor wie nieuwsgierig is en meer details wenst over deze missies kan terecht op

NASA's Europa Clipper

ESA's JUICE

De info gesprokkeld op deze links was ook de bron van inspiratie bij het schrijven van dit artikel.

 

Tekst: Herman Schoups, december 2021