НАСА и SpaceX запустили Europa Clipper на луну Юпитера

Europa Clipper, крупнейший межпланетный космический корабль, когда-либо построенный НАСА, стартовал из Космического центра Кеннеди во Флориде рано утром в понедельник.

Миссия будет решать один из фундаментальных вопросов биологии: может ли жизнь существовать где-нибудь еще в нашей Солнечной системе?

Пунктом назначения космического корабля является Европа, один из спутников Юпитера, где вода течет под слоем льда, толщина которого может достигать более 10 миль. Такие океанические миры довольно распространены во внешней Солнечной системе. Это вызвало предположения: может ли быть жизнь, плавающая в любом из этих океанов?

На данный момент ответ может быть интересным.

Миссия Europa Clipper стоимостью 5,2 миллиарда долларов — первая миссия НАСА, посвященная заполнению пробелов в отношении обитаемости этих океанических миров.

«Я думаю, что Европа, безусловно, является наиболее вероятным местом для внеземной жизни в нашей Солнечной системе», — сказал Роберт Паппалардо, научный сотрудник проекта Europa Clipper. «Это потому, что он, вероятно, содержит в изобилии ингредиенты для жизни и имеет достаточно времени для того, чтобы жизнь зародилась».

При взлете Europa Clipper весил около 12 500 фунтов, около половины из которых составляло топливо. После того, как две солнечные панели были развернуты, космический корабль выдвинулся более чем на 100 футов, что немного длиннее баскетбольной площадки.

Мощная ракета SpaceX Falcon Heavy доставила космический корабль с Земли на орбиту вокруг Солнца. Пролет вокруг Марса в феврале следующего года придаст ему дополнительный импульс гравитации, а затем в декабре 2026 года он повернется вокруг Земли, чтобы получить дополнительное ускорение в направлении пункта назначения.

После пяти с половиной лет путешествия длиной 1,8 миллиарда миль Europa Clipper выйдет на орбиту вокруг Юпитера 11 апреля 2030 года. Затем за четыре года он совершит 49 облетов Европы.

Поскольку Земля — единственное место, где, как известно, существует жизнь, неудивительно, что ученые считают, что наиболее многообещающим местом для поиска жизни было бы нечто похожее: планета, подобная Земле, которая не была бы ни слишком холодной, ни слишком теплой, с температуры, которые позволили бы жидкой воде, необходимой для жизни, какой мы ее знаем, течь на поверхность.

Область вокруг звезды с такими мягкими условиями известна как обитаемая зона, а для любителей сказок — зона Златовласки.

В нашей солнечной системе только Земля соответствует критериям «правильного». Но оказывается, что жидкая вода очень распространена во внешней части Солнечной системы, скрываясь под ледяными панцирями. Европа была первым миром, где ученые-планетологи нашли убедительные доказательства существования невидимого океана, и теперь они полагают, что он может содержать вдвое больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые.

Другие миры, которые, как полагают, имеют океаны, включают Каллисто и Ганимед, два других больших ледяных спутника Юпитера; Энцелад и Мимас вращаются вокруг Сатурна; Тритон вокруг Нептуна. Даже Плутон, карликовая планета.

Считается, что помимо воды другими важными компонентами жизни являются энергия и молекулы на основе углерода. Целью этой миссии является изучение того, существуют ли эти организмы и в Европе.

Для этого на космическом корабле имеется девять приборов, включая камеры, спектрометры, магнитометр и радар. Благодаря его наблюдениям ученые рассчитывают измерить глубину океана, идентифицировать некоторые соединения, обнаруженные на поверхности Европы, и точно составить карту магнитного поля Луны, что даст дополнительные подсказки о том, что находится внутри нее.

Ни один из инструментов не будет напрямую искать что-либо живое, а только вопрос о том, могут ли условия внутри Европы поддерживать жизнь.

Мощная гравитация Юпитера толкает и притягивает внутреннюю часть Европы, а тепло трения может подпитывать гидротермальные источники на морском дне. Вентиляционные отверстия могут выбрасывать в океан химические вещества, известные как восстановители.

На поверхности радиационная бомбардировка Юпитера на льду приводит к образованию окисляющих материалов. Когда окислители и восстановители соединяются, высвобождается энергия, происходят химические реакции, которые могут питать жизнь.

Но для того, чтобы это произошло, окислители на поверхности Европы должны каким-то образом переместиться через километры льда в океан.

Ключевым моментом является то, что лед на Европе — это не простая твердая корка, точно так же, как земная кора — это не простой твердый кусок камня.

Под давлением под поверхностью лед становится гибким. Теплые капли льда поднимаются на поверхность, а холодные, более плотные капли опускаются, вероятно, неся окислители вниз — модель конвекции аналогична тому, как мантия поднимается и опускается внутри Земли.

Это может быть конвейерная лента, транспортирующая химикаты с поверхности в океан.

«Ожидается, что это будет лавовая лампа», — сказал Дональд Бланкеншип, профессор Института геофизики Техасского университета и главный исследователь ледопроникающего радара Europa Clipper.

Звуки радара космического корабля почти легко проходят сквозь лед и снег, но отражаются от соленой воды. Таким образом, Europa Clipper сможет видеть сквозь лед и океан.

Радар также может обнаруживать озера, погребенные во льду, и криовулканы, извергающие воду, а не расплавленную породу.

Бортовой тепловизор корабля будет искать теплые точки, которые могут указывать на места, где лед тоньше, а океан ближе к поверхности.

Инструмент в форме трубки длиной примерно с кусок французского хлеба будет улавливать и идентифицировать молекулы из тонкой атмосферы, в том числе молекулы на основе углерода, которые могут служить строительными блоками для жизни.

Космический телескоп «Хаббл» обнаружил то, что могло быть шлейфами водяного пара, периодически вырывающимися с поверхности Европы. Если повезет, Europa Clipper сможет пролететь сквозь взрывной шлейф, который мог быть материалом из океана.

Другой инструмент, ультрафиолетовый спектрометр, также может идентифицировать молекулы внутри шлейфа, когда далекая звезда проходит за Европой. Ожидается, что Европа затмит звезды таким образом около 100 раз за время миссии. Глядя на то, как цвета ультрафиолетового света, излучаемого тусклой звездой, будут определять плотность газов и то, из чего они состоят.

Путь миссии Europa Clipper к стартовой площадке был долгим и медленным.

Когда «Вояджер-2» пролетал мимо Юпитера в 1979 году, на изображениях Европы было видно что-то похожее на мокрый шар — яркую, но изломанную поверхность, почти лишенную кратеров, что указывало на то, что ее уничтожал какой-то геологический процесс.

Это пробудило у ученых желание узнать больше, особенно после того, как измерения магнитных полей Европы, проведенные космическим кораблем НАСА «Галилео» два десятилетия назад, предоставили убедительные доказательства присутствия слоя соленой воды.

«Мы начали планировать миссию примерно в 1995 году, 30 лет назад», — сказал Том МакКорд, старший научный сотрудник Института планетарных наук, работавший над миссией. «Потребовалось много времени, чтобы достичь момента, когда у нас будет возможность отправить этот прибор и другие устройства в шестилетнее путешествие, чтобы действительно начать проводить измерения».

Долгое время высшие чиновники штаб-квартиры НАСА в Вашингтоне не особо интересовались Европой.

Однако Джон Калберсон, республиканец от Техаса, избранный в Конгресс в 2000 году, был очень заинтересован.

Г-н Калберсон вспоминает, как посетил Лабораторию реактивного движения НАСА в Калифорнии, когда марсоход «Оппортьюнити» приземлился на Марсе в 2004 году. Инженеры лаборатории кратко рассказали о том, над чем они работали, и миссия, которая пробудила его любопытство, заключалась в посещении нескольких больших спутников Юпитера. включая Европу.

«Я узнал, что они не получают никакой поддержки от штаб-квартиры», — сказал г-н Калберсон. Итак, будучи членом Комитета по ассигнованиям, он добавил денег миссии.

Он был расстроен и расстроен, когда представители НАСА потратили деньги на другой проект. «Мы год за годом откладывали деньги для Европы, и НАСА нашло способы обойти это», — сказал он.

Частично сопротивление НАСА объяснялось страхом, что расходы на амбициозную миссию на Европу могут выйти из-под контроля.

В 2010 году доктор Паппалардо собрал ученых и инженеров из НАСА и за его пределами, чтобы обсудить идеи о том, как сделать миссию меньше и более доступной. Половину небольшой команды составляли люди, ранее работавшие над разработкой миссий. Другая половина — это люди, которые критиковали это, сказал доктор Паппалардо.

Он отметил, что первую встречу начал с предъявления пустого слайда. «Мы начали с чистого листа бумаги», — сказал доктор Паппалардо.

Первоначально космический корабль должен был выйти на орбиту вокруг Европы. В конечном итоге анализ показал, что почти все научные исследования могут быть выполнены за счет нескольких полетов, что уменьшит количество защиты и топлива, необходимых космическому кораблю.

Работая в Подкомитете по ассигнованиям, который финансирует НАСА, г-н Калберсон защищал Europa Clipper и его способность обнаруживать внеземную жизнь. Он также хотел, чтобы НАСА включило в проект посадочный модуль.

«Это реальная возможность возродить общественный интерес к космической программе», — сказал он.

Но у администрации Обамы были другие приоритеты для НАСА. Ее бюджетный запрос на 2014 год включал деньги не только для «Миссии Европа». Он категорически заявил, что НАСА не может себе этого позволить «в обозримом будущем».

Планетарное общество, некоммерческая организация, выступающая за исследование космоса, также проводит кампанию от имени Европы. «Никогда раньше мы не обращались к членам таким образом», — сказал Кейси Драйер, глава космической политики ассоциации. «Я думаю, что мы помогли укрепить это как нечто, что следует сделать, как нечто, имеющее поддержку».

При администрации Трампа миссия Europe Clipper наконец-то набрала обороты и получила значительные бюджеты.

Г-н Калберсон проиграл свою заявку на переизбрание в 2018 году. Europa Clipper выжила. Но предложение о высадке, которое могло бы увеличить стоимость на миллиарды долларов, не произошло.

Миссия столкнулась с дополнительными препятствиями. Первоначально г-н Калберсон и Конгресс разрешили самолету летать на системе космического запуска, массивной ракете, разработанной НАСА, стоимость одного запуска которой оценивается в 4 миллиарда долларов.

Конгресс уступил этому условию, и в 2021 году НАСА заключило с SpaceX контракт на запуск Falcon Heavy всего за 178 миллионов долларов.

В этом году Europa Clipper снова оказался под угрозой, когда выяснилось, что транзисторы на космическом корабле могут быть неисправны и, следовательно, неспособны выдержать суровое излучение вокруг Юпитера. Но инженеры обнаружили, что по мере того, как космический корабль отклонялся дальше, транзисторы восстанавливались, и НАСА приступило к запуску.

Ураган «Милтон» вызвал еще одну короткую задержку, когда в четверг он прошел над Космическим центром Кеннеди, первоначальной датой запуска.

В понедельник Калберсон наблюдал с балкона стартовой площадки, как ракета с Europa Clipper взлетела вверх по ясному голубому небу Флориды.

«Я все еще иду на девятом облаке», — сказал он позже. «Безупречное начало миссии, потенциально способной изменить цивилизацию».

Некоторые недавние исследования поставили под сомнение надежды на жизнь на Европе.

Два исследования, представленные на Лунной и планетарной научной конференции в этом году, предполагают, что на морском дне Европы, возможно, нет никакой вулканической активности. Кроме того, камни там могут нелегко разрушаться, что снижает химические реакции между океанской водой и камнями, которые могут обеспечивать энергию для живых организмов.

Хотя глубоко внутри Европы может быть расплавленная порода, «похоже, что магме очень трудно подняться где-либо вблизи дна океана», — сказал Пол Бирн, планетолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, автор книги бумага. Обе бумаги.

Доктор Бирн сказал, что даже если жизнь возникла вокруг Европы давным-давно, «сегодня кажется трудным поддерживать такую ​​жизнь». «И именно это, я думаю, начинают нам говорить эти исследования».

Это не означает, что доктор Бирн считает, что Europa Clipper — это пустая трата в 5 миллиардов долларов.

«Клиппер» — это именно та миссия, которую нам нужно начать постепенно развивать наше понимание обитаемости», — сказал он, добавив, что надеется, что это будет первая из «серии миссий, не только в Европу, но и во многие другие страны». » Так называемые океанические миры».

Это было долгое ожидание. Доктору МакКорду, ученому, который начал работать над планами развития Европы примерно в 1995 году, сейчас 85 лет.

«Мне будет 91 год или около того», когда Europa Clipper достигнет пункта назначения, сказал он. «Это начинание, которое выходит за рамки жизни людей».