Misja JUICE. Wykrywacz pozaziemskiego życia poszuka go pod lodem

W 2013 roku miał premierę film SF "Raport z Europy". Choć przedstawia fikcyjne wydarzenia, zaliczono go do podgatunku "hard SF", czyli fantastyki naukowej w jej pierwotnym znaczeniu, zgodnej z aktualnym stanem wiedzy.

Fabuła "Raportu…" koncentruje się wokół załogowej misji, wysłanej na jeden z księżyców Jowisza, Europę. Jej celem jest weryfikacja danych, dostarczonych na Ziemię przez bezzałogową sondę, która – być może – odkryła, że pod lodową pokrywą Europy mogło rozwinąć się życie.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Po dekadzie rzeczywistość zaczyna doganiać filmową fikcję. Europejska Agencja Kosmiczna naprawdę wysyła w kierunku układu Jowisza sondę, której celem jest zbadanie trzech z 92 naturalnych satelitów największej planety Układu Słonecznego: Europy, Ganimedesa i Kallisto.

Te odkryte w 1610 roku (razem z Io) przez Galileusza księżyce Jowisza mają spore rozmiary – ich średnica to od ponad 3 do ponad 5 tys. km. Kalisto i Europę pokrywa gruba warstwa lodu (na Kallisto szacowana jest na 200 km grubości!), a lodowe czapy pokrywają także rejony biegunów Ganimedesa.

Warto w tym miejscu przypomnieć jedno z fundamentalnych założeń, towarzyszących poszukiwaniom kosmicznego życia: jego powstanie i rozwój jest wiązane z istnieniem wody w stanie ciekłym.

Księżyce Jowisza to lodowate pustkowia, oddalone od Słońca tak daleko, że temperatura na ich powierzchni waha się w zakresie, mniej więcej, -140-170 stopni Celsjusza. Jaki sens ma szukanie życia w takich warunkach?

Choć powierzchnie księżyców faktycznie pokrywa gruba warstwa lodu istnieje szansa, że pomiędzy lodową skorupą a powierzchnią księżyców znajduje się woda w stanie płynnym.

Zdaniem badaczy odpowiada za to wielkość Jowisza, a konkretnie jego gigantyczna masa. Gdyby sprowadzić wielkość planet Układu Słonecznego do znanych nam owoców, Jowisz byłby pokaźnym arbuzem, podczas gdy ustawiona obok niego Ziemia miałaby – mniej więcej – rozmiar czereśni.

Jowisz nie tylko jest znacznie większy od Ziemi, ale ma również 318 razy większą masę, co przekłada się na przyciąganie grawitacyjne. W ziemskich warunkach jego działanie – na przykładzie układu Ziemia-Księżyc – widzimy choćby dzięki pływom morskim, gdy niewielki przecież Księżyc sprawia, że poziom wody może zmieniać się o kilka, kilkanaście czy nawet, jak w kanadyjskiej Zatoce Fundy, 20 metrów.

Z podobnym mechanizmem mamy (albo raczej – w świetle aktualnej wiedzy – powinniśmy mieć) do czynienia w układzie Jowisza. Pole grawitacyjne tego giganta jest tak silne, że zdaniem badaczy powoduje odkształcanie się brył obiegających go satelitów. Poprzez mechanizm dyssypacji wywołane w ten sposób tarcie ogrzewa księżyce, tworząc warunki, w których pod lodem powinna istnieć warstwa ciekłej wody.

Właśnie dlatego 13 kwietnia w stronę Jowisza wyruszy europejska sonda JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), której zadaniem będzie bliższe przyjrzenie się trzem najbardziej obiecującym – pod względem szans na istnienie życia – jowiszowym księżycom.

Misja powinna przybliżyć nam odpowiedź nie tylko na temat ewentualnego istnienia pozaziemskiego życia, ale także poszerzy wiedzę o układzie Jowisza i jego licznych księżycach. Jak podkreśla prof. Hanna Rothkaehl z Centrum Badań Kosmicznych PAN, badany będzie m.in. sposób, w jaki oddziaływanie magnetyczne płaszcza Jowisza ochrania jego układ przed promieniowaniem słonecznym.

W szerszym ujęciu badania pozwolą także na lepsze zrozumienie procesów zachodzących na Słońcu, a także stworzą podwaliny pod przyszłą eksplorację Układu Słonecznego – po założeniu ziemskich baz na Księżycu i Marsie kolejnym, prawdopodobnym przystankiem ludzkości w kosmicznej ekspansji może być bowiem właśnie Ganimedes.

Łatwo powiedzieć, trudniej zrobić. Układ Słoneczny znajduje się w ciągłym ruchu, a lot sondy nie jest po prostu podróżą ze statycznego punktu A do równie statycznego punktu B. Przypomina raczej próbę precyzyjnego trafienia monetą rzuconą z rozpędzonej karuzeli tak, aby wpadła do kieszeni pasażera kręcącego się obok diabelskiego młyna.

Da się to zrobić, ale aby osiągnąć odpowiednią prędkość i trajektorię sonda JUICE będzie musiała kilka razy powrócić w pobliże macierzystej planety, rozpędzając się dzięki tzw. asyście grawitacyjnej – w sierpniu 2024 r., w roku 2026 i ostatecznie w 2029 r., aby w 2031 roku zbliżyć się do celu swojej misji.

Będzie tam przez trzy lata, wykonując w sumie 35 przelotów nad powierzchniami badanych księżyców (plan misji JUICE i jej założenia przedstawił niedawno Karol Żebruń).

W przygotowaniach do misji JUICE wzięli udział nie tylko specjaliści z ESA – swój wkład dołożyły także NASA, JAXA i ISA (odpowiednio: amerykańska, japońska i izraelska agencja kosmiczna). Nie do przecenienia jest przy tym udział Polaków, odpowiedzialnych m.in. za opracowanie głównego instrumentu RPWI – aparatury przeznaczonej do badania pola elektromagnetycznego.

W pracach brali udział specjaliści z CBK PAN, firm Astronika, Worktech, Creotech Instruments S.A., Powłoka S.C., ELPOD, Gutronic, Wareluk S.C., Instytutu Technologii Elektronowej, Instytutu Lotnictwa, Politechniki Warszawskiej, Politechniki Koszalińskiej czy Instytutu Lotnictwa.

Warto podkreślić, że europejska misja nie jest jedyną, jaka w najbliższym czasie wyruszy w okolice Jowisza. Na 2024 rok planowana jest misja NASA, Europa Clipper, mająca podobne założenia do JUICE. Zapewni to unikalną możliwość spojrzenia na badane procesy jednocześnie z dwóch punktów, co powinno zwiększyć możliwości badawcze.