Tussen de Europa Clipper en de voorgestelde Europa Lander heeft NASA duidelijk gemaakt dat ze van plan is het komende decennium een missie naar deze ijzige maan van Jupiter te sturen. Sinds de Voyager 1 en 2 sondes voerden hun historische flybys van de maan uit in 1973 en 1974 - die de eerste aanwijzingen waren voor een warmwateroceaan in het binnenste van de maan - wetenschappers wilden graag onder het oppervlak pieken en zien wat er is.
Daartoe heeft NASA een subsidie verleend aan een team van onderzoekers van de Arizona State University om een speciaal ontworpen seismometer te bouwen en te testen die de lander zou gebruiken om naar het interieur van Europa te luisteren. Bekend als de seismometer voor het verkennen van de ondergrond van Europa (SESE), zal dit apparaat wetenschappers helpen bepalen of het interieur van Europa bevorderlijk is voor het leven.
Volgens het profiel van de Europa Lander zou deze microfoon op de robotsonde worden gemonteerd. Zodra het de maan bereikte, zou de seismometer informatie gaan verzamelen over de ondergrondse omgeving van Europa. Dit zou gegevens bevatten over de natuurlijke getijden en bewegingen binnen de schaal, die de dikte van het ijzige oppervlak zouden bepalen.
Het zou ook bepalen of het oppervlak waterzakken heeft - d.w.z. ondergrondse meren - en kijken hoe vaak water naar de oppervlakte stijgt. Al geruime tijd vermoedden wetenschappers dat Europa's 'chaos-terrein' de ideale plek zou zijn om te zoeken naar bewijs van leven. Deze kenmerken, die in feite een warboel van richels, scheuren en vlaktes zijn, worden verondersteld plekken te zijn waar de ondergrondse oceaan in wisselwerking staat met de ijzige korst.
Als zodanig is elk bewijs van organische moleculen of biologische organismen daar het gemakkelijkst te vinden. Bovendien hebben astronomen ook waterpluimen gedetecteerd die van het oppervlak van Europa komen. Deze worden ook beschouwd als een van de beste weddenschappen om bewijs van leven in het interieur te vinden. Maar voordat ze direct kunnen worden verkend, is het van cruciaal belang te bepalen waar waterreservoirs zich onder het ijs bevinden en of ze zijn verbonden met de binnenzee.
En dit is waar instrumenten zoals de SESE in het spel zouden komen. Hongyu Yu is een ingenieur voor verkenningssystemen van ASU's School of Earth and Space Exploration en de leider van het SESE-team. Zoals hij zei in een recent artikel van ASU Now: “We willen horen wat Europa ons te vertellen heeft. En dat betekent dat we een gevoelig ‘oor’ op Europa's oppervlak moeten leggen. "
Terwijl het idee van een Europa Lander zich nog in de conceptontwikkelingsfase bevindt, werkt NASA aan de ontwikkeling van alle benodigde componenten voor een dergelijke missie. Als zodanig hebben ze het ASU-team een subsidie gegeven om hun miniatuur seismometer te ontwikkelen en te testen, die niet meer dan 10 cm (4 inch) meet aan een kant en gemakkelijk aan boord van een robotlander kan worden gemonteerd.
Wat nog belangrijker is, hun seismometer verschilt van conventionele ontwerpen doordat het niet afhankelijk is van een massa-en-veersensor. Een dergelijk ontwerp zou niet geschikt zijn voor een missie naar een ander lichaam in ons zonnestelsel, omdat het rechtop moet worden geplaatst, wat vereist dat het zorgvuldig wordt geplant en niet wordt verstoord. Bovendien moet de sensor in een volledig vacuüm worden geplaatst om nauwkeurige metingen te garanderen.
Door een micro-elektrisch systeem met een vloeibare elektrolyt als sensor te gebruiken, hebben Yu en zijn team een seismometer ontwikkeld die onder meer verschillende omstandigheden kan werken. "Ons ontwerp vermijdt al deze problemen", zei hij. “Dit ontwerp is zeer gevoelig voor een breed scala aan trillingen en kan onder elke hoek met het oppervlak werken. En indien nodig kunnen ze bij de landing hard de grond raken. '
Zoals Lenore Dai - een chemisch ingenieur en de directeur van de ASU School for Engineering of Matter, Transport and Energy - uitlegde, maakt het ontwerp de SESE ook zeer geschikt voor het verkennen van extreme omgevingen - zoals het ijzige oppervlak van Europa. "We zijn verheugd over de mogelijkheid om elektrolyten en polymeren te ontwikkelen buiten hun traditionele temperatuurgrenzen", zei ze. "Dit project is ook een voorbeeld van samenwerking tussen disciplines."
De SESE kan ook tegen een stootje zonder de sensorwaarden in gevaar te brengen, die werd getest toen het team erop sloeg met een voorhamer en ontdekte dat het daarna nog werkte. Volgens seismoloog Edward Garnero, die ook lid is van het SESE-team, komt dit goed van pas. Landers hebben meestal zes tot acht poten, beweert hij, die kunnen worden gecombineerd met seismometers om ze in wetenschappelijke instrumenten te veranderen.
Het hebben van zoveel sensoren op de lander zou wetenschappers de mogelijkheid geven om gegevens te combineren, waardoor ze het probleem van door elk geregistreerde variabele seismische trillingen kunnen overwinnen. Daarom is het een must om ervoor te zorgen dat ze robuust zijn.
“Seismometers moeten verbinding maken met de vaste grond om zo effectief mogelijk te werken. Als elke poot een seismometer draagt, kunnen deze bij het landen in het oppervlak worden geduwd, waardoor ze goed contact maken met de grond. We kunnen ook hoogfrequente signalen sorteren van signalen met een langere golflengte. Zo zouden kleine meteorieten die niet al te ver het oppervlak raken, hoogfrequente golven produceren, en getijden van zwaartekrachtsleepboten van Jupiter en de naburige manen van Europa zouden lange, langzame golven veroorzaken. '
Zo'n apparaat kan ook cruciaal zijn voor missies van andere 'oceaanwerelden' binnen het zonnestelsel, waaronder Ceres, Ganymedes, Callisto, Enceladus, Titan en anderen. Ook op deze lichamen wordt aangenomen dat het leven heel goed zou kunnen bestaan in warmwateroceanen die onder de oppervlakte liggen. Als zodanig zou een compacte, robuuste seismometer die in staat is om in omgevingen met extreme temperaturen te werken, ideaal zijn om hun interieur te bestuderen.
Bovendien zouden dergelijke missies kunnen onthullen waar de ijskappen op deze lichamen het dunst zijn en dus waar de binnenzeeën het meest toegankelijk zijn. Zodra dat is gebeurd, weten NASA en andere ruimteagentschappen precies waar ze de sonde (of mogelijk de robotonderzeeër) moeten sturen. Hoewel we daar misschien een paar decennia op moeten wachten!
