Europa: nadzieja astrobiologii
Odkrycie
Europa, tak jak pozostałe trzy główne księżyce Jowisza, została odkryta 8 stycznia 1610 r. Dokonał tego Galileusz, na Uniwersytecie w Padwie, za pomocą refraktora o powiększeniu 20×. W rzeczywistości obserwował Europę już dzień wcześniej, jednak ze względu na niewielkie powiększenie refraktora potraktował Io oraz Europę jako jeden obiekt, rozdzielając je dopiero kolejnej nocy. Badania kosmiczne Pierwszymi sondami, które przeleciały w pobliżu Europy, były Pioneer 10 i 11 – jednak zdjęcia przez nie wykonane były stosunkowo niskiej jakości. Ciekawość naukowców wzbudził dopiero przelot sond Voyager przez system Jowisza w 1979 r. Przesłane wówczas na Ziemię zdjęcia Europy pokazały jej lodową powierzchnię. Już wówczas niektórzy naukowcy zaczęli rozważać możliwość istnienia pod powierzchnią księżyca oceanu.
W 1995 r. na orbitę wokół Jowisza weszła sonda Galileo, rozpoczynając misję naukową, w ramach której w ciągu ośmiu lat wielokrotnie przyglądała się satelitom tej planety i wykonała jak dotąd najdokładniejsze ich obserwacje. Nowe, dużo dokładniejsze zdjęcia Europy ukazały pęknięcia w skorupie lodowej, które wyglądały na zalane od dołu. Z kolei inne regiony sprawiały wrażenie, jakby skorupa pękła, uwolniła nieco podpowierzchniowej wody i ponownie zamarzła. Niestety, sonda Galileo miała problemy z anteną i przekazywaniem danych na Ziemię. W efekcie wiele z nich do nas nigdy nie dotarło, a niektóre obszary księżyca w ogóle nie zostały sfotografowane.
Ostatnią sondą, która zbliżyła się do Europy, jest New Horizons. Wykonała zdjęcia w 2007 r., w drodze do Plutona, którego minęła 14 lipca 2015 r. Prawie dwa lata temu naukowcy pracujący na danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zauważyli duży obłok pary wodnej nad południowym regionem Europy. Sugeruje to, że woda w stanie ciekłym może przedostać się przez skorupę i w erupcji gejzeru oderwać od powierzchni księżyca. Albo więc tuż pod powierzchnią znajdują się zbiorniki wody albo w lodzie występują wyjątkowo głębokie pęknięcia.
Ocean
Europa skupia na sobie uwagę naukowców, ponieważ panuje powszechna zgodność, że pod powierzchnią tego księżyca znajduje się warstwa ciekłej wody. Mimo sporej odległości od Słońca może ona występować w stanie ciekłym dzięki ogrzewaniu zachodzącemu na skutek deformacji pływowych spowodowanych bliskością Jowisza.
Pierwsze sugestie dotyczące istnienia na Europie oceanu pojawiły się w pracach czysto teoretycznych, w których uwzględniana była delikatnie mimośrodowa orbita księżyca oraz rezonans orbitalny z innymi galileuszowymi księżycami. Kolejne dowody dotarły na Ziemię na zdjęciach z sond Voyager i Galileo, ukazujących chaotycznie rozmieszczone obszary na powierzchni Europy. Część naukowców uważa, że w tym regionie podpowierzchniowy ocean przenika na powierzchnię. Jednak to wciąż kontrowersyjna teoria, ponieważ większość geologów skłania się ku teorii „grubego lodu”, w której podpowierzchniowy ocean rzadko lub wręcz nigdy nie oddziaływał bezpośrednio z powierzchnią. Według naukowców zewnętrzna skorupa lodowa ma grubość ok. 10-30 km, włącznie z warstwą tzw. ciepłego lodu, a ocean może sięgać nawet 100 km głębokości. Jeżeli te dane są prawidłowe, na Europie mogłoby być ponad dwa razy więcej wody niż na Ziemi!
Odkąd misje Voyager przeleciały 36 lat temu w pobliżu Europy, naukowcy starają się poznać skład czerwono-brązowej materii wypełniającej pęknięcia i inne geologicznie młode obszary na powierzchni księżyca. Badania spektrografi czne wskazują, że obszary te mogą być bogate w sole (np. siarczan magnezu), mogące zbierać się tam wskutek odparowania wody wypływającej na powierzchnię. Jednak sole tego typu są bezbarwne lub białe, a więc za czerwonawe zabarwienie musi odpowiadać jakiś inny materiał. W maju bieżącego roku zespół naukowców z Jet Propulsion Laboratory poinformował o doświadczeniach, w których udało się odtworzyć czerwono- brązową barwę smug. Mogą one powstawać, gdy oceaniczne sole przedostają się na powierzchnię, a następnie są odbarwiane przez silne promieniowanie Jowisza.
Gejzery
Na Europie mogą okresowo występować gejzery, których słup wody sięga nawet 200 km ponad powierzchnię! Pojawiają się, gdy księżyc znajduje się na swojej orbicie najdalej od Jowisza, a znikają, gdy jest bliżej. Taka prawidłowość pozostaje zgodna z przewidywaniami modeli oddziaływania pływowego. Warto zauważyć, że oddziaływanie pływowe Jowisza na Europę jest 1 tys. razy większe niż Ziemi na Księżyc. Intensywność erupcji wody na Europie szacowana jest na 7000 kg/s.
Życie na Europie
Europa wydaje się jednym z najlepszych miejsc w Układzie Słonecznym dla poszukiwaczy życia pozaziemskiego. Może ono istnieć w oceanie pod lodową powierzchnią – w środowisku podobnym do głębin oceanicznych na Ziemi, zwłaszcza w pobliżu kominów hydrotermalnych. W maju 2015 r. naukowcy ogłosili, że sole z podpowierzchniowego oceanu mogą pokrywać niektóre struktury geologiczne na Europie. Mogłoby to wskazywać na oddziaływanie oceanu z dnem oceanicznym, a takie aktywne interakcje mogą być kluczowe dla powstania życia.
Energia pochodząca z ogrzewania pływowego napędza aktywne procesy geologiczne we wnętrzu Europy. Podobnie do Ziemi jowiszowy księżyc może mieć źródło wewnętrznej energii pochodzącej z rozpadu radioaktywnego, lecz ilość tej energii byłaby kilkukrotnie mniejsza od energii z oddziaływania pływowego. Samo oddziaływanie pływowe nie zapewniłoby energii wystarczającej do utrzymania życia w tak dużym oceanie, jednak według naukowców może ono istnieć np. na styku oceanu i skorupy lodowej.
Najnowsze badania wskazują także na istnienie jezior całkowicie zamkniętych wewnątrz lodowej skorupy Europy. Różnią się one od ciekłego oceanu położonego dużo niżej. Jeżeli te doniesienia się potwierdzą, będzie to kolejne potencjalne miejsce do poszukiwania życia.
Przyszłość eksploracji
Właśnie dzięki wodzie, której obecność daje szansę na znalezienie życia poza Ziemią, od dawna proponowane są misje w celu zbadania tego zagadkowego globu. Aktualnie Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) przygotowuje misję JuICE (Jupiter Icy Moon Explorer), która będzie badać Europę, Ganimedesa i Kallisto, a amerykańska NASA – projekt Europa Multiple-Flyby Mission, skupiający się wyłącznie na badaniu Europy podczas serii przelotów w jej pobliżu.
Projekt ESA
Wybór misji JuICE w ramach programu naukowego „Cosmic Vision” ogłoszono 2 maja 2012 r. Według planów sonda zostanie wystrzelona w przestrzeń kosmiczną w 2022 r. na szczycie rakiety nośnej Ariane 5. Do układu Jowisza dotrze w 2030 r. Po zakończeniu manewrów wokół Jowisza i innych księżyców w 2033 r. wejdzie na orbitę wokół Ganimedesa, który zostanie w ramach tej misji zbadany najdokładniej.
W przypadku Europy sonda JuICE skupi się na badaniu związków chemicznych kluczowych dla powstania życia (w tym związków organicznych), a także na próbie rozwiązania zagadki powstawania charakterystycznych formacji na powierzchni księżyca i składu chemicznego czerwonej materii wypełniającej pęknięcia powierzchni. Oprócz tego wykona pomiary radarowe grubości wierzchniej pokrywy lodowej.
Projekt NASA
W przypadku misji opracowywanej przez NASA mamy do czynienia z zadaniem całkowicie ukierunkowanym na badanie Europy. Kolejne projekty misji związanej z tym księżycem były planowane już od czasów sondy Galileo. Początkowe propozycje – takie, jak chociażby Europa Orbiter czy Jupiter Icy Moons Orbiter – obejmowały wprowadzenie sondy na orbitę wokół Europy, jednak z uwagi na silne promieniowanie ze strony magnetosfery Jowisza zrezygnowano z tego pomysłu. Aktualnie planowana misja zakłada wprowadzenie sondy na orbitę wokół Jowisza i wykonanie serii 45 bliskich przelotów w pobliżu Europy, na wysokościach między 25 a 2700 km nad powierzchnią. Dzięki temu sonda znacznie mniej czasu spędzi narażona na szkodliwe promieniowanie. Podczas każdego przelotu zbada inny region powierzchni, analizując szczegółowo topografię oraz grubość skorupy lodowej. Co szczególnie ciekawe, sonda może przelecieć na niskiej wysokości przez gejzer pary wodnej. Pozwoliłoby to na zbadanie próbki oceanu podpowierzchniowego, bez potrzeby lądowania na powierzchni i wiercenia przez warstwę lodu.
Cele misji obejmują: potwierdzenie istnienia i scharakteryzowanie wody występującej pod skorupą lodową oraz procesów zachodzących na styku skorupy z oceanem, badanie tworów powierzchniowych z naciskiem na miejsca, w których widoczna jest niedawna lub obecnie trwająca aktywność geologiczna, a także analiza składu chemicznego na powierzchni.
Start sondy planowany jest na lata 2022-2025 – w zależności od postępu prac nad systemem SLS. Podstawowy plan zakłada jej wystrzelenie na szczycie rakiety Atlas V 551. Sonda skorzystałaby wówczas z asysty grawitacyjnej Wenus i Ziemi, aby dotrzeć do Jowisza po sześciu latach od startu. W przypadku ukończenia przez NASA prac nad systemem SLS (Space Launch System) rakieta ta mogłaby być wykorzystana do wyniesienia sondy w przestrzeń i skierowania jej prosto do Jowisza. Dzięki temu udałoby się aż o połowę skrócić czas lotu.
