Mellem Europa Clipper og den foreslåede Europa Lander har NASA gjort det klart, at den har til hensigt at sende en mission til denne iskolde måne i Jupiter i det kommende årti. Lige siden Voyager 1 og 2 prober udførte deres historiske flybys af månen i 1973 og 1974 - som bød de første indikationer på et varmt vandhav i månens indre - forskere har været ivrige efter at toppe under overfladen og se, hvad der er der.
Til dette formål har NASA udstedt et tilskud til et team af forskere fra Arizona State University til at bygge og teste et specielt designet seismometer, som landeren ville bruge til at lytte til Europas indre. Denne enhed, der er kendt som Seismometer til udforskning af undergrunden til Europa (SESE), vil hjælpe forskere med at afgøre, om det indre af Europa er befordrende for livet.
Ifølge profilen til Europa Lander, ville denne mikrofon være monteret på robotproben. Når den nåede månens overflade, ville seismometeret begynde at indsamle information om Europas undergrundsmiljø. Dette vil omfatte data om dets naturlige tidevand og bevægelser inden i skallen, hvilket bestemmer den iskolde overfladens tykkelse.
Det bestemmer også, om overfladen har lommer med vand - dvs. søer under jorden - og se, hvor ofte vand stiger til overfladen. I nogen tid har forskere mistanke om, at Europas “kaosterræn” ville være det ideelle sted at søge efter bevis på liv. Disse træk, der dybest set er et virvlet rod af kamme, revner og sletter, menes at være pletter, hvor undergrundhavet interagerer med den iskolde skorpe.
Som sådan ville ethvert bevis på organiske molekyler eller biologiske organismer være nemmest at finde der. Derudover har astronomer også fundet vandstrømme, der kommer fra Europas overflade. Disse betragtes også som et af de bedste spil til at finde bevis på liv i det indre. Men før de kan udforskes direkte, er det afgørende at bestemme, hvor vandmagasiner der befinder sig under isen, og om de er forbundet med det indre hav.
Og det er her instrumenter som SESE ville komme i spil. Hongyu Yu er en efterforskningssystemingeniør fra ASU's School of Earth and Space Exploration og lederen af SESE-teamet. Som han sagde i en nylig artikel af ASU Now, ”Vi vil høre, hvad Europa har at fortælle os. Og det betyder at lægge et følsomt ‘øre’ på Europas overflade. ”
Mens ideen om en Europa Lander stadig er i konceptudviklingsstadiet, arbejder NASA med at udvikle alle de nødvendige komponenter til en sådan mission. Som sådan har de givet ASU-teamet et tilskud til at udvikle og teste deres miniature seismometer, der måler højst 10 cm (4 tommer) på en side og let kunne monteres ombord på en robotlander.
Vigtigere er det, at deres seismometer adskiller sig fra konventionelle design, idet det ikke er afhængig af en masse-og-fjeder sensor. Et sådant design vil ikke være velegnet til en mission til et andet organ i vores solsystem, da det skal placeres lodret, hvilket kræver, at det omhyggeligt plantes og ikke forstyrres. Derudover skal sensoren placeres i et komplet vakuum for at sikre nøjagtige målinger.
Ved at bruge et mikroelektrisk system med en flydende elektrolyt til en sensor, har Yu og hans team skabt et seismometer, der kan fungere under et bredere spektrum af forhold. ”Vores design undgår alle disse problemer,” sagde han. ”Dette design har en høj følsomhed over for en lang række vibrationer, og det kan fungere i enhver vinkel på overfladen. Og om nødvendigt kan de ramme jorden hårdt ved landing. ”
Som Lenore Dai - en kemisk ingeniør og direktøren for ASU's School for Engineering for Matter, Transport and Energy - forklarede, gør designen også SESE velegnet til at udforske ekstreme miljøer - som Europas iskolde overflade. ”Vi er glade for muligheden for at udvikle elektrolytter og polymerer ud over deres traditionelle temperaturgrænser,” sagde hun. ”Dette projekt illustrerer også samarbejde på tværs af discipliner.”
SESE kan også slå et slag uden at gå på kompromis med dens sensorlæsninger, som blev testet, da holdet ramte den med en slegge og fandt, at det stadig fungerede bagefter. Ifølge seismolog Edward Garnero, som også er medlem af SESE-teamet, vil dette komme godt med. Landere har typisk seks til otte ben, hævder han, som kunne parres med seismometre for at gøre dem til videnskabelige instrumenter.
At have så mange sensorer på landeren ville give forskerne muligheden for at kombinere data og give dem mulighed for at overvinde spørgsmålet om variable seismiske vibrationer, der er registreret af hver. Som sådan er det nødvendigt at sikre, at de er robuste.
”Seismometre er nødt til at oprette forbindelse til den faste jord for at fungere mest effektivt. Hvis hvert ben har et seismometer, kan disse skubbes ind i overfladen ved landing, hvilket giver god kontakt med jorden. Vi kan også sortere højfrekvenssignaler fra længere bølgelængde. For eksempel ville små meteoritter, der rammer overfladen ikke for langt væk, producere høyfrekvente bølger, og tidevand med tyngdekrafter fra Jupiter og Europas nabomåner ville gøre lange, langsomme bølger. ”
En sådan enhed kan også vise sig at være afgørende for missioner med andre ”havverdener” i solsystemet, der inkluderer Ceres, Ganymede, Callisto, Enceladus, Titan og andre. Også på disse kroppe antages det, at liv meget godt kunne eksistere i varme vandhavene, der ligger under overfladen. Som sådan ville et kompakt, robust seismometer, der er i stand til at arbejde i miljøer med ekstreme temperaturer, være ideelt til at studere deres interiør.
Desuden vil missioner af denne art kunne afsløre, hvor isarkene på disse kroppe er tyndest, og hvor de indre oceaner der er mest tilgængelige. Når det er gjort, vil NASA og andre rumfartsagenturer vide nøjagtigt, hvor de skal indstille sonden (eller muligvis robotbåden). Selvom vi måske bliver nødt til at vente et par årtier på den!
