Mellan Europa Clipper och den föreslagna Europa Lander har NASA gjort det klart att den har för avsikt att skicka ett uppdrag till denna isiga måne av Jupiter under det kommande decenniet. Ända sedan Voyager 1 och 2 sonder genomförde sina historiska månfåglar 1973 och 1974 - som gav de första indikationerna på ett varmt vatten i månens inre - forskare har varit ivriga att toppa sig under ytan och se vad som finns där.
Mot detta syfte har NASA beviljat ett bidrag till ett team av forskare från Arizona State University för att bygga och testa en specialdesignad seismometer som landaren skulle använda för att lyssna på Europas inre. Denna enhet, som är känd som Seismometer för att utforska undergrunden till Europa (SESE), hjälper forskare att avgöra om Europas inre bidrar till livet.
Enligt profilen för Europa Lander skulle den här mikrofonen monteras på robotproben. När den nådde månens yta börjar seismometern samla in information om Europas underjordiska miljö. Detta skulle innehålla data om dess naturliga tidvatten och rörelser i skalet, vilket skulle bestämma den iskalla ytans tjocklek.
Det skulle också bestämma om ytan har fickor med vatten - dvs sjöar under jorden - och se hur ofta vatten stiger till ytan. Under en tid har forskare misstänkt att Europas "kaosterräng" skulle vara den idealiska platsen att söka efter bevis på liv. Dessa funktioner, som i grund och botten är en virvlad röra av åsar, sprickor och slättar, tros vara platser där underjordiska havet interagerar med den iskalla skorpan.
Som sådant skulle alla bevis på organiska molekyler eller biologiska organismer vara lättast att hitta där. Dessutom har astronomer också upptäckt vattenflöden som kommer från Europas yta. Dessa anses också vara en av de bästa insatserna för att hitta bevis på livet i det inre. Men innan de kan utforskas direkt, är det avgörande att bestämma var vattenbehållare finns under isen och om de är anslutna till det inre havet.
Och det är här instrument som SESE skulle komma in. Hongyu Yu är en prospekteringssystemingenjör från ASU: s School of Earth and Space Exploration och ledare för SESE-teamet. Som han sade i en ny artikel av ASU Now, ”Vi vill höra vad Europa har att berätta för oss. Och det innebär att sätta ett känsligt "öra" på Europas yta. "
Medan idén om en Europa Lander fortfarande befinner sig i konceptutvecklingsstadiet, arbetar NASA med att utveckla alla nödvändiga komponenter för ett sådant uppdrag. Som sådan har de gett ASU-teamet ett anslag för att utveckla och testa sin miniatyr-seismometer, som mäter högst 10 cm (4 tum) på en sida och lätt kan monteras ombord på en robotlander.
Ännu viktigare skiljer sig deras seismometer från konventionella konstruktioner genom att den inte förlitar sig på en mass-och-fjädergivare. En sådan design skulle vara olämplig för ett uppdrag till en annan kropp i vårt solsystem eftersom den måste placeras upprätt, vilket kräver att den försiktigt planteras och inte störs. Dessutom måste sensorn placeras i ett fullständigt vakuum för att säkerställa exakta mätningar.
Genom att använda ett mikroelektriskt system med en flytande elektrolyt för en sensor, har Yu och hans team skapat en seismometer som kan fungera under ett bredare intervall av förhållanden. "Vår design undviker alla dessa problem," sade han. ”Denna design har en hög känslighet för ett brett vibrationsintervall och kan fungera i valfri vinkel mot ytan. Och vid behov kan de slå hårt på marken vid landning. ”
Som Lenore Dai - en kemisk ingenjör och chef för ASU: s School for Engineering for Matter, Transport and Energy - förklarade, gör designen också SESE väl lämpad för att utforska extrema miljöer - som Europas isiga yta. "Vi är glada över möjligheten att utveckla elektrolyter och polymerer utöver deras traditionella temperaturgränser," sade hon. "Detta projekt exemplifierar också samarbete mellan olika discipliner."
SESE kan också slå utan att kompromissa med dess sensoravläsningar, som testades när teamet slog den med en slägga och fann att det fortfarande fungerade efteråt. Enligt seismolog Edward Garnero, som också är medlem i SESE-teamet, kommer detta att vara praktiskt. Landare har vanligtvis sex till åtta ben, hävdar han, som kan paras med seismometrar för att förvandla dem till vetenskapliga instrument.
Att ha så många sensorer på landaren skulle ge forskare förmågan att kombinera data, vilket tillåter dem att övervinna frågan om variabla seismiska vibrationer registrerade av var och en. Som sådan är det ett måste att se till att de är robusta.
”Seismometrar måste ansluta till den fasta marken för att fungera mest effektivt. Om varje ben har en seismometer, kan dessa skjuts in i ytan vid landning, vilket ger god kontakt med marken. Vi kan också sortera högfrekvenssignaler från längre våglängdsignaler. Till exempel skulle små meteoriter som träffar ytan inte så långt bort producera högfrekventa vågor, och tidvattnet av gravitations bogserbilar från Jupiter och Europas grannmånar skulle göra långa, långsamma vågor. "
En sådan anordning kan också visa sig vara avgörande för uppdrag andra ”havsvärldar” inom solsystemet, som inkluderar Ceres, Ganymede, Callisto, Enceladus, Titan och andra. Även på dessa kroppar tros det att liv mycket väl kan existera i varmvattenhav som ligger under ytan. Som sådan skulle en kompakt, robust seismometer som kan arbeta i miljöer med extrema temperaturer vara idealisk för att studera deras inredning.
Dessutom skulle uppdrag av den här typen kunna avslöja var islagren på dessa kroppar är tunnast och därmed var de inre haven är mest tillgängliga. När detta är gjort vet NASA och andra rymdbyråer exakt var de ska skicka in sonden (eller eventuellt robotubåten). Även om vi kanske måste vänta några decennier på den!
