Elindult a NASA egyik legizgalmasabb küldetése, amely a földön kívüli élet titkait őrizheti

Az Europa jeges kérge alatt sós óceán húzódik. Talán a legjobb hely a Naprendszerben, ahol életet kereshetünk. Elindult a NASA egyik legizgalmasabb űrszondája, hogy megvizsgálja ezt a különös Jupiter-holdat.

A kilenc tudományos műszerrel felszerelt Europa Clipper, amely tegnap indult a Kennedy Űrközpontból több mint fél évtizednyi útjára – megérkezve közel 50 alkalommal fog elrepülni az Europa mellett, távolról vizsgálva az óceánt abban a reményben, hogy olyan kémiai anyagokat talál, amelyek az élet kialakulását segítik.

Ha az óceánból származó víz a jégben lévő csatornákon keresztülszivárog, és kilövellve felszáll az űrbe, a Clipper akár közvetlenül is képes lehet mikrobák kimutatására, bár a NASA-nál kevesen mernek ilyen reményeket táplálni.

A Clipper egy drága szerencsejáték.

Bár a leszállóegységet is magában foglaló tervhez képest csökkentették a költségeit (5 milliárd dollárra!), a NASA legtöbbe kerülő bolygókutatási vállalkozása a Szaturnuszra indított Cassini–Huygens-küldetés – az 1990-es évek vége – óta.

A Clippernek emiatt hibátlanul kell teljesítenie.

Mégis, hónapokkal a kilövés előtt, miután a szondát összeszerelték és készen állt az űrrepülésre, a mérnökök egy aggasztó problémára bukkantak: az elektronikába épített tranzisztorok egy része nem biztos, hogy képes ellenállni a Jupiter körüli zord, sugárzással terhelt környezetnek.

A nyár folyamán elvégzett vészhelyzeti tesztek sorozata után a NASA arra a következtetésre jutott, hogy az elektronika valószínűleg mégis ki fogja bírni.

A NASA úgy véli, hogy a lehetséges előnyök megérik a kockázatot.

Fél évszázadon át más égitesteken az élet után kutatva a Mars volt az elsődleges célpont, egy vörös sivatag, ahol némi víz található. A Nap hagyományos lakhatósági zónáján jóval túl lévő fagyott óceáni világ felkeresésével viszont a Clipper a kutatásban jelentős változást jelenthet.

Ha kiderül, hogy az Europa valóban alkalmas a biológia számára, új határok nyílnak meg a földön kívüli élet keresésében a Naprendszerben és azon túl.

Régóta a megfigyelések célkeresztjében

Az Europát 1610-ben pillantotta meg Galileo Galilei olasz csillagász, aki három másik nagy Jupiter-holddal együtt (Ganümédesz, Kallisztó, Ió), egy házi készítésű távcsővel vette észre.

Az emberiség legelőször a NASA Pioneer- és Voyager-szondáival nézhette meg közelebbről a négy Galilei-holdat az 1970-es években. Az 1990-es években azonban egy másik NASA-űrszondával – természetesen a Galileo nevűvel – való találkozásakor vált egyértelművé, hogy az Europa különleges.

1996-ban a Galileo magnetométere furcsa jelet észlelt az Europából. Ahogy a hold áthaladt a Jupiter mágneses mezején, egy másodlagos mezőt hozott létre. Ez a váratlan jelenség arra utalt, hogy az Europa elektromosan vezető anyagot rejt.

Az egyetlen ésszerű magyarázat egy jelentős mennyiségű folyékony vízzel teli óceán lett – ami valószínűleg sós, mivel az oldott ionok növelik a vezetőképességet.

Ám a Föld Holdjánál valamivel kisebb Europa nem elég nagy ahhoz, hogy az évmilliárdokkal ezelőtti létrejötte során keletkezett őshőből sokat megőrizzen.

Ha csak ezzel a csökkenő hőforrással rendelkezne, akkor jelenleg már egy teljes egészében szilárd jégburok lenne, amely egy fémes magot és egy kőzetköpenyt ölel körül.

Hamarosan azonban világos lett, hogy a nagy és folyamatosan változó árapályerők tartják melegen az Europát.

Mivel közepesen lapult ellipszis alakú pályán kering a Jupiter körül, az anyabolygó hatalmas gravitációs vonzása összepréseli a hold kőzeteit és jégrétegeit, elegendő súrlódást és hőt hozva létre ahhoz, hogy egy óceán fennmaradjon.

Úgy tűnik, hogy a rejtett óceánok a külső Naprendszer holdjainál alapvetőnek számítanak, ahogyan a Ganümédesz, a Kallisztó, valamint a Szaturnusz Titánja is jelzi.

Ám a példakép e tekintetben a Szaturnusz Enceladus holdja, mely az Europa méretének egyhatoda. 2005-ben a Cassini-misszió sós óceáni gőzkilövelléseket észlelt, amelyek a jeges burok déli sarkvidékéről törtek fel.

Az űrszonda többször is átrepülve vegyi anyagok bőséges tárházára bukkant, köztük molekuláris hidrogénre – az élet egyik lehetséges energiaforrására – és szénvegyületekre, amelyek a fehérjék építőkövei, az aminosavak előfutárai. A kilövellésekben lévő szilícium-dioxid kőzetszemcsék pedig arra utaltak, hogy a keverékek forró tengerfenéki kürtőkben és azok mellett keletkeztek, amely képződmények a Földön otthont adnak a szívós mikrobáknak.

Az Europa azonban közelebb található otthonunkhoz, és „könnyebb” meglátogatni, mint az Enceladus-t. Részben ezért is került újra a célkeresztbe, részben pedig azért, mert a Galileo űrszonda felfedezései nem elégítették ki a szakembereket.

Nemcsak a látogatás volt rövid, de nagy átjátszóantenna sem tudott kitelepülni, így kénytelenek voltak egy kisebb antennára és az információ „csöpögésére” hagyatkozni. Emiatt az adatok túl gyéren álltak rendelkezésre ahhoz, hogy a kutatók meg tudják állapítani a jégpáncél vagy az óceán méreteit.

A Galileo magnetométeres méréseit és az Europa pályaváltozásaira vonatkozó megfigyeléseket (amelyek utalnak belső szerkezetére) kombináló modellek alapján a jégburok vastagsága 15-25 kilométer, az óceán mélysége pedig akár 150 kilométer is lehet.

A bizonyítékok szerint az óceán 4,5 milliárd éve létezik – hosszabb ideje, mint a Föld óceánjai, és talán a Naprendszer bármely más óceánja.

Az Europa sziklás köpenye elég nagy ahhoz, hogy rengeteg hőtermelő radioaktív vegyületet tartalmazzon; ez a némi kis plusz meleg segíthet a tengerfenéken zajló dinamikus geológiai folyamatok, köztük a hidrotermális kürtők működtetésében.

Mindennek tökéletesen kell alakulnia

Miután a SpaceX hatalmas Falcon Heavy rakétájával elindult a floridai Kennedy Űrközpontból, a Clipper kosárlabdapálya méretű napelemtábláinak – amelyek elég nagyok ahhoz, hogy a Jupiterhez vezető út során „magukba szívják” a gyenge napfényt – teljesen ki kell nyújtózniuk.

2021-ben a NASA Lucy aszteroidavadász űrszondájának napelemtáblái nem nyíltak ki megfelelően, ami rövid időre veszélybe sodorta a küldetést – és tovább fokozta a Clipper stábjának idegességét.

Ehhez hasonló, döntő pillanat legközelebb 2030 áprilisában következik: a Jupiterhez közeledve a Clipper hosszú órákon át fékez a hajtóművek beindításával, hogy a gázóriás tömegvonzása „elkapja” – ez olyan manőver, amelyben nincs hibalehetőség.

Amennyiben a hajtóművek nem a megfelelő módon lépnek működésbe a Jupiter körüli pályára állítás során, akkor a küldetés elveszett.

A legnagyobb veszélyt azonban a Jupiter sugárzási övei jelentik. A mágneses mező által felgyorsított, véget nem érő részecskeáramok olyan energiára gyorsulnak fel, hogy képesek „megsütni” az elektronikát. Ez a Naprendszer egyik legkellemetlenebb környezete. Minden alkalommal, amikor a berendezés elrepül az Europa mellett, gyakorlatilag százezer mellkasröntgennyi dózisú sugárzást kap.

Hogy minél kevesebb időt töltsön ebben a pokoli környezetben, az űrszonda hosszú, ellipszis alakú pályán kering majd a Jupiter körül, és csak rövid elrepülések alkalmával kerül az Europa közelébe. A túlélési esélyek növelése érdekében a Clipper érzékeny elektronikáját sugárzásgátló ötvözetekből készült burkolat védi.

Amikor végül 2031 tavaszán, a gázóriáshoz való sikeres megérkezése után a Clipper megkezdi az elrepüléseket, és akár 25 kilométerre megközelíti a felszínt – nyolcszor közelebb, mint ahol a Galileo valaha is járt.

A magnetométer „kiszagolja” a hold árulkodó mágneses mezejét, és így fény derülhet a jégpáncél alatti óceán mélységére és sótartalmára. Eközben az űrszonda Europa körüli pályájának apró elmozdulásait mérve a kutatók feltérképezik a hold gravitációs tulajdonságait, és nyomon követik, hogyan változik.

Az elmozdulások megmutatják, hogy a Jupiter erős tömegvonzása miként hat az égitestre, így támpontokat adva belső réteges szerkezetére, valamint magjának, köpenyének, óceánjának és jégpáncéljának méreteire.

Mindez csak a jéghegy csúcsa

Még több felfedezés várható, amikor a Clipper kinyitja a szemét, egy dupla kamerarendszert, amely a Galileo legjobb felvételeinél ötször nagyobb felbontással térképezi fel az Europa felszínének szinte egészét.

A küldetés szakemberei arra számítanak, hogy a jég különféle jelenségei is még láthatóbbá válnak. A Földön a vulkánok izzó lávafolyamokkal törnek ki. Az Europán a feltételezések szerint kriovulkánok jellemzőek, amelyek a Galileo által látott hófehér jégből álló folyókat alkotnak.

Mivel az Europának nincs légköre, e rejtélyes, viszkózus szivárgásoknak a felszínre érve gyorsan meg kellene dermedniük – és mégis, valahogy kilométereken át tudnak folyni.

Eme áramlásokat laboratóriumokban reprodukálni nehéz. Ám 2022-ben modellezték az Europa kitöréseit, és azt találták, hogy ha a kriolávák a vártnál jóval folyékonyabbak – víz, sók és jég csúszós keveréke –, akkor képesek lehetnek hosszabb ideig áramlani. A krioláva-áramlás tettenérése és kémiai összetételének távérzékelése segíteni fog a kutatóknak abban, hogy jobban megértsék ezt a számunkra kifejezetten idegen vulkanizmust.

Az Europa felszínén is láthatók a káoszterületeknek nevezett, jéghegyekkel teli, szabdalt foltok, amelyeket talán diapírok (a héjon belüli képlékeny jég feláramlásai, amelyek megrepeszthetik a felszínt) vagy meteoritbecsapódások hoztak létre.

Másutt mély, szakadékszerű sebek, gerincek és sávok találhatók, amelyek messziről „összekarcolt gömb” benyomását keltik az Europán. Ezek a kéregmozgás és a kriovulkanizmus által keletkeznek, és felfedhetik, hogy a jeges burok és a mélységi óceán hogyan keveredik egymással és lép kölcsönhatásba.

Mindez azonban csak a felszínét karcolja az Europának.

Egy földön kívüli óceán tanulmányozásának legjobb módja – nem meglepő módon – a közvetlen mintavétel lenne. Ennek megvalósítása egy olyan űreszközzel, amely soha nem fog leszállni az Europán, lehetetlennek tűnhet.

Ám előfordulhat, hogy az Europa hozza el az óceánját az űrszondának.

Hogyan kerül a víz az űrbe?

2012-ben a Hubble űrteleszkóp által az Europáról készített ultraibolya felvételeket átnézve a kutatók meglepődve tapasztalták, hogy az égitest déli pereme fölött mintegy 200 kilométerrel az oxigén- és hidrogénatomok által kibocsátott, meghatározott hullámhosszúságú fény látható.

Úgy tűnt, hogy ott a napfény és a sugárzás a vízgőzt alkotóelemeire bontja.

De honnan jöhetett mindez?

Azt gyanították, hogy a kilövellések vizet – talán óceáni eredetűt – juttatnak az Europa jégpáncélján keresztül az űrbe. Akkoriban viszont az Europa-missziót még széles körben túlságosan kockázatosnak és költségesnek tartották.

A 2014-es tanulmányban közölt, majd 2016-ban részben megerősített, a Hubble űrtávcső által egy kilövellésből észlelt szállingózó vízgőz segített megváltoztatni ezt a nézetet. Vajon egy Clipper-küldetés ilyen módon közvetlenül vehetne mintát az óceánból, ahogyan a Cassini tette az Enceladusnál?

A kezdeti találgatások szerint ugyanis ezek a Szaturnusz holdján lévőkhöz hasonlóan a mély óceánból származnak, és közvetlen átjárót jelentenek egy lehetségesen életet rejtő világba. Jelenleg azonban már valószínűbbnek tartják, hogy a jeges burok sekélyebb forrásaiból törnek elő: sós vízzel teli „zsebekből”. Az egyik népszerű modell szerint ezek fokozatosan megfagynak, ami nyomás hatására a felette lévő jeget megrepeszti.

A víz e repedéseken keresztül a felszínre préselődik, ahol az űr vákuumával találkozva, heves robbanás kíséretében elpárolog, jég- és vízgőzpermetet hozva létre.

Ha a Clipper épp a megfelelő pillanatban suhanna bele egy ilyen jeges ködbe, a szondán elhelyezett tömegspektrométer (Mass Spectrometer for Planetary Exploration/Europa, MAPEX) meghatározhatná annak összetevőit.

A képalkotó eszközök vizuálisan próbálnának majd ezekre rábukkanni, míg az ultraibolya műszer az árulkodó gázkibocsátások után kutatna, a jégen áthatoló radar pedig akár 30 kilométer mélyen a jég alatt lévő sós vízzel teli „zsebek”-et, valamint a felszíni mélyedéseket keresné, amelyek a kilövellések által feltárt lyukakat jelezhetik.

A hőkamera a nemrég kibocsátott víz aránylag meleg foltjait pásztázná, míg a magnetométer a kilövellés által okozott mágneses zavarokat regisztrálná.

Ha találnak is efféle gőzfelhőt, nem valószínű, hogy az előre beállított pályán haladó Clipper elég szerencsés lesz ahhoz, hogy átrepüljön rajta.

Ám a küldetést irányító csapat meggyőzheti a NASA vezetését, hogy kockáztasson, és irányítsa a szondát egy ilyen gigantikus szökőkút felé.

Nehéz döntés lenne, hogy megéri-e kockáztatni az űrszonda károsodását, hogy átrepüljön egy lehetséges óceáni, esetleg életnyomokat tartalmazó gőzkilövellésen.

Lapul még valami a tarsolyában

A Clippernek más lehetőségei is akadnak az óceán távoli vizsgálatára, porelemző berendezése (Surface Dust Analyzer, SUDA) segítségével. A műszer egyszerűnek tűnik – lényegében egy fémből készült „vödör”. Ám a belsejében egy véreb kifinomult szimatának megfelelő érzékelőt helyeztek el. Mivel a holdat mikrometeoritok bombázzák, amelyek folyamatosan jeges anyagot löknek ki, ez maga a paradicsom egy olyan műszer számára, mint a SUDA.

Mivel az Europa felszínén szinte minden végső soron egy mély óceánból származik, a kidobott jégszemcsék ennek (immár fagyott) mintáját jelenthetik. A felszabadult szemcsék kirepülnek az űrbe, ahol a SUDA „vödre” elkaphatja azokat.

A műszer érzékeli minden egyes szemcse sebességét és érkezési irányát, így pontosan ki tudja számítani, hogy az Europa felszínén honnan szökött ki, emellett képes azok összetételének, tömegének meghatározására.

A fagyott óceán e parányi mintáiban a berendezés foszfor-, nitrogén-, kén-, illetve széntartalmú vegyületekre is bukkanhat – ezek a földi élethez nélkülözhetetlen elemek, de a külső Naprendszer is dúskál ezekben.

Jelentősebb lenne, amennyiben hosszú láncú szerves vegyületeket találna – például zsírsavakat, melyek spontán módon sejtszerű membránokat alkothatnak.

Olyan kémiai energiaforrások után is kutat, amelyek fenntarthatják az életet a napfénymentes óceánban.

Az Europa felszínén keletkezhet oxigén a vízmolekulák sugárzás általi felbomlásával – bár a Juno űrszonda, amely szintén Jupiter körüli pályán kering, nemrégiben a vártnál kevesebb oxigén felszabadulását tapasztalta. Ha azonban jelen van, akkor átszivároghat a jégen, és az óceán mélyén reakcióba léphet a hidrogénben gazdag vegyületekkel, amelyek a tengerfenéki hidrotermális kürtők tevékenysége vagy az alacsony hőmérsékletű kőzet–víz kölcsönhatások során keletkeznek.

A mikrobák, amennyiben léteznek, hasznosíthatják az e reakciók által felszabaduló energiát. Ha él akár egyetlen sejt is valamelyik jégszemcsében, ez a műszer megtalálja azt.

De mi lesz, ha valóban talál?

Ha az Europáról kiderülne, hogy alkalmas lehet az élet megjelenésére, az két azonnali, paradigmaváltó következménnyel járhatna:

• Az első, hogy a következő misszió célja annak megtalálását tűzné ki célul. Ez a küldetés egy leszállóegységet juttatna az égitestre, mely olyan helyen landolna, amelyet a Clipper odafentről már felderített – talán egy káoszterület vagy krioláva-áramlás mellett. Egy fúró segítségével mintát vehetne a közvetlenül a sugárzással bombázott felszín alatt rejtőző érintetlen anyagból, és azt a fedélzeti biokémiai eszközcsomaggal vizsgálhatná.
• A szakértők azonban már több mint két évtizede egy sokkal ambiciózusabb koncepciót tanulmányoznak: egy olyan szondát juttatnának a holdhoz, amely felolvasztaná magát a jégen keresztül, belemerülne az óceánba, majd – hasonlóan a Föld tengereiben úszó kutatórobotokhoz – autonóm módon közlekedne, szokatlan biológiai és kémiai jelek után kutatva, mielőtt visszamászna a felszínre, és hazasugározná felfedezéseit. Ennek azonban elég aprónak kellene lennie ahhoz, hogy elférjen egy jégolvasztó szonda belsejében. Egy németországi mélytengeri környezetet vizsgáló kutatóközpont (Center for Marine Environmental Sciences) szakemberei már terveztek is egy mindössze 10 centiméter széles és 50 centiméter hosszú eszközt. E prototípus terepi kipróbálására 2026-ban kerülhet sor az antarktiszi jégpáncél alatt.

A Clipper ígéretes felfedezései alapvetően megváltoztatnák egy csillag körüli lakható zóna fogalmát is.

Hagyományosan csak a légkörrel rendelkező világok tartoztak ide, amelyek elég közel találhatók csillaguk melegéhez, hogy felszíni vízburokkal rendelkezhessenek.

Ám ha az Europa óceánja lakható, akkor az élet olyan messze is létezhet egy csillagtól, amennyire csak elképzelhető. Egy bolygónak vagy holdnak csupán jégre és gravitációs árapályra lenne szüksége ahhoz, hogy némi belső hőt fenntartson.

A Naprendszer – egy olyan szomszédság, ahol csak egy Föld létezik, de több jeges óceáni világ – azt sugallja, hogy e környezetek a világegyetem mindennapos jellemzői.

Négy évszázaddal ezelőtt az, hogy Galilei felfedezte az Europát és a szomszédos holdjait, alapjaiban rázta meg világképünket, megváltoztatta a világegyetemben elfoglalt helyünkről alkotott elképzeléseinket. Ez a hold már egyszer megtette ezt. Nem lenne jó, ha újra megtenné?