Čím Europa Clipper prozkoumá ledovou Europu?

Vizualizace sondy Europa Clipper

Když se mořský biolog vydá na vědecký průzkum korálového útesu, může si s sebou vzít pouzdra na vzorky vody či sedimentů, sítě různých velikostí pro zachycení tamních živočichů, nebo voděodolné pásmo k měření, podvodní kamery, či mikrofony – zkrátka a dobře nástroje, díky kterým může studovat tamní život a stav podmořského ekosystému. Jelikož si s sebou výzkumníci nemohou vzít všechny vědecké přístroje, jaké by si mohli jen představit, berou si s sebou jen to, o čem si myslí, že to budou opravdu potřebovat, aby odpověděli na specifické vědecké otázky. Přenesme se teď od Země k Jupiterovu měsíci Europě – i k němu se váže celá řada vědeckých otázek. Právě proto sonda Europa Clipper ponese na své palubě soubor přístrojů, které jsou mnohem pokročilejší a citlivější než cokoliv, co doposud zkoumalo Jupiterovy měsíce.

Jupiterův měsíc Europa nafocený sondou Galileo - levý snímek zachycuje reálné barvy, ten napravo potom vznikl složením fotek pořízených přes fialový, zelený a infračervený filtr

Jupiterův měsíc Europa nafocený sondou Galileo – levý snímek zachycuje reálné barvy, ten napravo potom vznikl složením fotek pořízených přes fialový, zelený a infračervený filtr
Zdroj: http://spaceflightnow.com/

Výzkumníci zatím nevědí, zda Europa ukrývá prostředí, která by byla vhodná pro přítomnost života a proto na sondě nenajdeme přístroje, které mají pátrat po životě. Mise Europa Clipper musí v první řadě přinést odpovědi na jiné, základnější otázky. Ty se dají shrnout do těchto bodů:

  • Opravdu Europa pod svou ledovou krustou ukrývá oceán?
  • Jak hluboký je tento oceán?
  • Vypadá chemické složení tohoto oceánu vhodně pro mikroorganismy?
  • Je ledová krusta Europy tektonicky aktivní, aby se povrchový materiál mohl dostat do oceánu a obráceně? Mohlo by docházet k obohacování oceánu o molekuly bohaté na kyslík v povrchových vrstev, které by mohly sloužit jako potrava pro případné organismy?
Na Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) se pracuej s inženýrským modelem snímkovacího systému EIS (Europa Imaging System). Tyto inženýrské modely jsou určeny pouze k pozemním zkouškám. V tomto případě se konkrétně jedná o detektor a elektroniku širokoúhlé kamery WAC (Wide Angle Camera).

Na Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) se pracuej s inženýrským modelem snímkovacího systému EIS (Europa Imaging System). Tyto inženýrské modely jsou určeny pouze k pozemním zkouškám. V tomto případě se konkrétně jedná o detektor a elektroniku širokoúhlé kamery WAC (Wide Angle Camera).
Zdroj: https://www.nasa.gov/

K zodpovězení těchto a mnoha dalších otázek bude Europa Clipper vybaven kamerami k mapování povrchu měsíce ve vysokém rozlišení, měření výšky povrchových útvarů, vytváření stereoskopických snímků a hledání důkazů geologické aktivity. Palubní spektrometry mají studovat chemické složení materiálu na povrchu Europy, ale i částic, které se vznáší nad povrchem. Led penetrující radar bude pátrat po vodě v ledovém krunýři a pod ním. Magnetometr bude měřit sílu a směr magnetického pole Europy, aby bylo možné určit, jak hluboký a slaný oceán je.

Analyzátor prachových částic bude studovat drobné úlomky Europy, které byly vyvrženy z povrchu nárazy mikrometeoroidů. Infračervený snímkovač změří teplotu měsíčního povrchu, abychom mohli najít relativně teplejší oblasti, ve kterých mohl být materiál vyvržen na povrch. Některé přístroje budou také hledat materiál, který zřejmě vyvrhuje Europa z oceánu ve formě gejzírů. Analýza tohoto materiálu by sondě umožnila studovat složení podpovrchového oceánu aniž by bylo potřeba přistávat na povrchu.

Umělecká představa výtrysků vody na Europě

Umělecká představa výtrysků vody na Europě
Zdroj: http://www.astronomy.com/

Když se vrátíme k začátku zmíněnému mořskému biologovi, tak ten si může přinést odebrané vzorky do laboratoře pro podrobnou analýzu, ale sondy se na Zemi vrací jen výjimečně kvůli pohonným látkám pro zpáteční cestu, což zvyšuje hmotnost sondy. Europa Clipper proto musí nést všechno, co pro svá měření potřebuje a poté tyto výsledky přenese na Zemi rádiovým vysíláním. Aby byla šance na úspěch co největší, bude sonda vybavena pečlivě vybranými vědeckými přístroji.

Ať už Europa Clipper odhalí cokoliv, bude to mít potenciál změnit navždy naše chápání Sluneční soustavy. „Je to ohromný skok v našem pátrání po oázách, které by v našem kosmickém okolí mohly hostit život,“ říká Curt Niebur vědec z ředitelství NASA ve Washingtonu zapojený do programu Europa Clipper a dodává: „Jsme přesvědčeni, že tato univerzální sada vědeckých přístrojů může přinést úžasné objevy v rámci hodně očekávané mise.“ A jaké přístroje tedy budou na palubě této sondy?

Umístění přístroje E-THEMIS

Umístění přístroje E-THEMIS
Zdroj: https://www.kiss.caltech.edu/

E-THEMIS
Jak to bude fungovat?
Jelikož různě teplé objekty vyzařují záření s různou vlnovou délkou, mohou vědci měřit teplotu nějakého tělesa tím, že přesně změří záření, které vydává. Přístroj E-THEMIS (Europa Thermal Emission Imaging System) využije tento princip k vytvoření infračervených snímků Europy. Vědci tak získají možnost změřit Europě bezkontaktně teplotu.
Jak se to využije?
Přístroj E-THEMIS bude mapovat teplotu povrchu Europy, aby bylo možné najít stopy nedávných povrchových změn, které by se projevily teplejším ledem na povrchu, nebo pod ním. E-THEMIS kromě toho pomůže zmapovat hrubost povrchu. V jeho datech se budou hledat relativně bezpečné oblasti pro případnou budoucí sondu, která by měla na Europě přistát.

Systém kamer EIS: Vlevo kamera s úzkým zorným polem, vpravo kamera se širokým zorným polem.

Systém kamer EIS: Vlevo kamera s úzkým zorným polem, vpravo kamera se širokým zorným polem.
Zdroj: https://meetingorganizer.copernicus.org/

EIS
Jak to bude fungovat?
Název přístroje Europa Imaging System se zkracuje na EIS, což se čte ajs, tedy ice alias česky led. Tento přístroj je tvořen dvěma digitálními kamerami – jedna má široké a druhá úzké zorné pole. Každá kamera je vybavena osmimegapixelovým senzorem, který bude zachytávat záření ve viditelné části spektra, ale jeho rozsah se lehce posune i do blízké infračervené a ultrafialové oblasti. Kamera s úzkým zorným polem bude schopna se naklánět ve dvou osách o 60°. Obě kamery budou pořizovat stereoskopické (3D) snímky a sluší se také doplnit, že půjde o snímky barevné a každá kamera bude vybavena šesti filtry.
Jak se to využije?
Kamery EIS zmapují povrch Europy v neporovnatelně lepším rozlišení, než jaké máme z předešlých misí. Vědci využijí data z kamer ke studiu povrchových útvarů a analýzám, jak tyto útvary souvisí s podpovrchovými strukturami. Na snímcích by se mohly hledat také stopy nedávné geologické činnosti na povrchu Europy, ale také potenciální gejzíry vyvrhující materiál do okolí. Bude tak možné lépe porozumět mocnosti a struktuře ledového krunýře. EIS také umožní vědcům lépe změřit „nadmořskou výšku“ povrchu a barevné fotky zase poskytnou informace o materiálu na povrchu.

Umístění přístroje Europa-UVS

Umístění přístroje Europa-UVS
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Europa-UVS
Jak to bude fungovat?
Obyčejné viditelné světlo se dá rozložit na duhové spektrum – vidíme vlnové délky barev, které toto bílé světlo tvoří. Podobný princip funguje nejen u viditelného, ale i ultrafialového záření. Přístroj Europa Clipper’s Ultraviolet Spectrograph (Europa-UVS) bude zachytávat ultrafialové záření pomocí teleskopu a tyto paprsky dopadnou na detektor. Vytvořením snímků v ultrafialové části spektra má tento přístroj vědcům pomoci zjistit, z čeho jsou tvořeny různé atmosférické plyny, nebo materiály na povrchu.
Jak se to využije?
Přístroj Europa-UVS bude pozorovat složení a strukturu atmosféry měsíce Europa, ale i složení materiálů na jeho povrchu. Bude také v okolí měsíce pátrat po dalších důkazech o tom, že potenciální podpovrchový oceán může být gejzíry vyvrhován do okolního prostředí.

Vizualizace narušení magnetického pole v okolí sondy Europa Clipper.

Vizualizace narušení magnetického pole v okolí sondy Europa Clipper.
Zdroj: https://europa.nasa.gov/

Magnetometr
Jak to bude fungovat?
Magnetometr na sondě Europa Clipper bude mít senzory, které změří směr a sílu magnetických polí v bezprostředním okolí sondy. Ačkoliv kompasy i magnetometry dokáží detekovat magnetické pole, tak magnetometry používané pro vědecké účely jsou mnohem citlivější a přesnější. Vědci díky tomu mohou mnohem přesněji měřit magnetická pole a studovat, jak se mění v průběhu času a na různých místech.
Jak se to využije?
Europa má magnetické pole, které vzniká interakcí mezi mnohem silnějším magnetickým polem Jupiteru a čímsi uvnitř ledového měsíce. Existují silné důkazy naznačující, že ono cosi je tekutý oceán slané vody. Magnetometr sondy Europa Clipper by měl umožnit vědcům potvrdit existenci tohoto oceánu, změřit jeho hloubku i slanost a určit mocnost ledového krunýře nad ním. Magnetometr také pomůže určit zdroj slabé atmosféry Europy a zjistit, jak v průběhu času mizí při interakcích ionosféry měsíce s ionosférou Jupiteru.

Přístroj MASPEX pro sondu Europa Clipper.

Přístroj MASPEX pro sondu Europa Clipper.
Zdroj: https://meetingorganizer.copernicus.org/

MASPEX
Jak to bude fungovat?
Přístroj MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa, (MASPEX) bude sbírat plyny a nechá jejich ionty (atomy a molekuly, jejichž atomy přišly o jeden či více elektronů) odrážet se v jeho útrobách tam a zpět. MASPEX určí hmotnost těchto nabitých iontů přesným načasováním jejich přechodu. MASPEX má především identifikovat desítky druhů uhlovodíků a plynných molekul.
Jak se to využije?
MASPEX prostuduje plyny v řídké atmosféře Europy, aby přinesl odpovědi na otázky spojené s povrchem tohoto měsíce, jeho podpovrchovým oceánem a tím, jak si povrch a měsíc vyměňují materiál. Kromě toho tento přístroj bude také sledovat, jak radiace z Jupiteru mění chemické sloučeniny na povrchu Europy. MASPEX by navíc mohl analyzovat jakýkoliv vyvržený materiál, který by se dostal do okolí Europy z vodních zásobníků v ledu nebo rovnou z podpovrchového oceánu.

Přístroj MISE pr sondu Europa Clipper.

Přístroj MISE pr sondu Europa Clipper.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

MISE
Jak to bude fungovat?
Přístroj Mapping Imaging Spectrometer for Europa, (MISE – čteno mize) bude sbírat odražené infračervené záření a oddělovat jeho různé vlnové délky. Podobně jako kamera ve viditelné části spektra, bude i MISE vytvářet obrázky. Ale na rozdíl od kamery ve viditelné části spektra nebudou tyto snímky vypovídat o barvě a tvaru, ale spíše o chemickém složení. Je to způsobeno tím, že množství odraženého světla v každé infračervené vlnové délce závisí na tom, z čeho je povrchový materiál tvořen.
Jak se to využije?
Přístroj MISE by měl zmapovat rozložení ledu, solí, organických látek a nejteplejších míst na Europě. Tyto mapy pomohou vědcům určit, jestli je podpovrchový oceán Europy prostředím vhodným pro život. Kromě toho se z těchto dat mohou vyčíst zajímavé informace, které povedou k lepšímu porozumění geologické historie Europy.

Vlevo letový hardware přístroje PIMS, vpravo pak testovací kus.

Vlevo letový hardware přístroje PIMS, vpravo pak testovací kus.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

PIMS
Jak to bude fungovat?
Přístroj Plasma Instrument for Magnetic Sounding (PIMS) dostane čtyři senzory zvané Faradayovy misky. Tyto senzory budou měřit elektrický proud vytvořený plazmatem (nabitými částicemi), které narazí na detekční desku v každém senzoru. Přístroj tak bude měřit charakteristiky plazmatu včetně jeho hustoty, teploty a rychlosti.
Jak se to využije?
Magnetické pole Jupiteru se přelévá přes Europu a vytváří indukované magnetické pole, které nese informace o mocnosti ledového krunýře, hloubce oceánu a jeho slanosti. Ale magnetické pole Jupiteru také přenáší horkou směs nabitých částic (iontů a elektronů) zvanou plazma od vulkanicky aktivního měsíce Io i z jiných zdrojů k Europě. Tady pak plazma ovlivňuje indukované magnetické pole. Vědci využijí data z PIMS ke studování hustoty, energie a toku plazmatu kolem Europy k lepšímu porozumění, toho, co nám magnetické pole říká o podpovrchovém oceánu na Europě.

Průzkum podpovrchových vrstev Europy pomocí radaru.

Průzkum podpovrchových vrstev Europy pomocí radaru.
Zdroj: https://astrobiology.nasa.gov/

REASON
Jak to bude fungovat?
Radar na sondě Europa Clipper má dlouhé jméno Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface, které se zkracuje na REASON (česky důvod). Přístroj bude vysílat rádiové vlny hluboko do ledu na povrchu Europy. Tady se část vln odrazí od podpovrchových útvarů a vrátí se zpět k sondě. Zaznamenáváním drobných detailů v čase, kdy signál dorazí zpět k přístroji, dokáže REASON vytvořit obraz vnitřní struktury ledové vrstvy.
Jak se to využije?
V závislosti na vlnové délce se rádiové vlny mohou od různých materiálů buďto odrazit od povrchu nebo do nich proniknout. REASON použije vysokofrekvenční (HF) a velmi vysokofrekvenční (VHF) rádiové signály, které mohou proniknout až do hloubky 30 kilometrů do ledu, takže by se dostaly až k podpovrchovému oceánu. Vědci by tedy změřili mocnost ledové vrstvy a mohli by lépe porozumět vnitřní struktuře tohoto krunýře. REASON ale kromě toho také umožní studovat výšku, složení a hrubost terénu. Ve vyšších vrstvách atmosféry pak bude pátrat po stopách gejzírů.

Schéma přístroje SUDA.

Schéma přístroje SUDA.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

SUDA
Jak to bude fungovat?
Když se mikroskopická prachová částice dostane do přístroje SUrface Dust Analyzer (SUDA), projde sérií sítek, která odpudí nežádoucí částice plazmatu a změří směr a rychlost částice. Na konci přístroje prachové zrnko narazí na detekční desku, kde se rozpadne na menší ionizované části, které budou vtaženy do detektoru iontů. Ten pak vědcům prozradí složení tohoto prachu.
Jak se to využije?
Mikroskopické meteority zasahují Europu a vyvrhují drobounké kousíčky měsíčního povrchu do okolního prostředí. Tady je zachytí SUDA a díky analýze zjistí, jaké složení mají látky na povrchu. Když budeme znát rychlost a směr, kterými se tato prachová zrnka pohybují, budou moci vědci přesněji určit místo na povrchu Europy, odkud dané zrnko pochází. A jestli se potvrdí, že gejzíry na Europě vyvrhují materiál z podpovrchového oceánu do okolního prostředí, přístroj SUDA bude schopen určit, jestli na Europě může být prostředí, kde by mohl existovat život.

Přeloženo z:
https://europa.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/…/Europa_Mission_Spacecraft_-_Artist%27s_Rendering.jpg
http://spaceflightnow.com/wp-content/uploads/2016/01/PIA00502.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia243254-1041.jpg
http://www.astronomy.com/…Observing/News/2013/12/Europavaporplumes.jpg
https://www.kiss.caltech.edu/workshops/tidal_heating/presentations/Kirby.pdf
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC-DPS2019/EPSC-DPS2019-832-2.pdf
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f1/Europa-Clipper-Diagram.png
https://europa.nasa.gov/system/resources/detail_files/177_SCfield9b_detail.jpg
https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC-DPS2019/EPSC-DPS2019-559-1.pdf
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Europa_Clipper_MISE_Instrument_Scheme.png
https://upload.wikimedia.org/…Plasma_Instrument_for_Magnetic_Sounding_%28PIMS%29.tif.jpg
https://astrobiology.nasa.gov/…465%2C290_subsampling-2.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/Diagram-Surface-Dust-Analyser-SUDA—Europa-Clipper.png

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

14 komentářů ke článku “Čím Europa Clipper prozkoumá ledovou Europu?”

  1. Jan Jancura napsal:

    Díky za velice zajímavý a kvalitní článek. Je je poněkud zavádějící pojem „povrch“ měsíce. Odvodil jsem, že se nejedná o povrch daný ledovým příkrovem, resp. případnou hladinou vody pod ním, ale až skalnatým pláštěm pod vodním oceánem.

    • Petr Scheirich napsal:

      Povrch Europy (tj. horní okraj ledové slupky, nad nímž je už pouze slaboučká atmosféra) obsahuje kromě vodního ledu spoustu dalších zajímavých sloučenin – to je ten barevný materiál na snímcích (složení některých z nich už známe, složení některých dokonce ještě ne), které tam přinesly dopady asteroidů a komet. Kromě toho bylo nedávno zjištěno, že řídká atmosféra Europy obsahuje kyslík (vzniká asi rozkladem povrchového vodního ledu bombardováním částicemi kosmického záření).

      Takže ve všech případech, kdy se v článku (i v tom zdrojovém) mluví o povrchu, jde podle mě o tento význam – horní okraj ledové slupky.

  2. Jan Jancura napsal:

    To je všechno pravda, ale jak si pak vysvětlit text „hledat také stopy nedávné geologické činnosti na povrchu Europy…“. Lze sice z nadhledem uvažovat o geologických procesech v ledovém plášti, ale dle mého názoru je to opravdu o povrchu skalnatého pláště měsíce. Někde jsem četl, že o tom zda je v oceánu tohoto měsíce rozhoduje to, zda se z toho skalnatého povrchu uvolňují do oceánu živiny a to vyžaduje určitou geologickou činnost v plášti měsíce, zřejmě pod vlivem slapového tření od Jupitera a ostatních měsíců.

    • Dušan Majer napsal:

      Ledový příkrov Europy se opravdu chová jako hornina, byť značně specifická. Je namáhán slapovými silami, může na něm probíhat kryovulkanismus, může popraskat a tak dále. Tohle všechno jsou procesy, které jsou značně podobné těm, které probíhají na Zemi v klasických horninách. Led se od nich zase tolik neliší. Tudíž ta geologická aktivita se opravdu týká ledového povrchu – jde o ty zmíněné útvary, které můžeme vidět na povrchu – třeba praskliny, ze kterých tryská voda.

    • Jiny Honza napsal:

      Ono je těžké odhadovat, co tím mysleli, když na to nemáme vytvořená vhodná slova. Mně se, zřejmě stejně jako Vám, vynořil v mysli obrázek obydleného podmořského vulkánu z Vesmírné odysey. Někdo jiný může mít na mysli „jen“ nějaké ledové kry.

      I předpona „geo“ je tady dost vzdálená původnímu významu. Jazyk je prostě jen velmi přibližný a hodně proměnlivý nástroj.

      • Jan Jancura napsal:

        Souhlas. Když se hovoří u Antarktidy o geologických procesech, tak jsem nikdy neslyšel, že by se jednalo o procesech v jejím ledovém příkrovu (a ten je taky mocný a dosti proměnlivý), ale o procesech pod nim. Zřejmě by to chtělo v textech jednoznačněji definovat, zejména pokud se jedná o objekty mimo Zemi.

      • Jan Jancura napsal:

        Ještě doplňuji, na Zemi se geologie zabývá, zjednodušeně řečeno, horninami, hydrologie vodstvem a ledem glaciologie. Proč tedy nazývat procesy v ledovém příkrovu Evropy geologickými, když by to mělo být spíše glaciálními procesy apod. (chápu však, že takové slovo se asi dnes nepoužívá)

        • Dušan Majer napsal:

          Dovolím si citaci z článku pojmenovaného Led jako hornina.
          Led je z hlediska strukturní geologie hornina, byť velmi zvláštní. Ve srovnání s „kamennými“ horninami je led výlučný zejména tavením za teplot nad bodem mrazu. Z toho vplývá nemožnost metamorfózy a zapracování hlouběji do zemské kůry. Proto se led hromadí na specifických místech a také geomorfologie ledovců je výjimečná. Je-li vrstva ledu alespoň 50 m mocná, led se deformuje. Obdobné procesy probíhají např. v solných pních (diapirech), u jílových hornin ap. Určitá míra plasticity je však vlastní všem horninám.

          • Jiny Honza napsal:

            A pořád ta terminologie.

            Led je podle normální definice spíš minerál než hornina. Ale takhle o něm nikdo v historii na Zemi neuvažoval. Na planetě s průměrnou teplotou -160 je samozřejmě všechno jinak a „normální“ úvahy většinou ztrácí smysl.

            A s nimi i názvosloví. Oceány z čpavku, metanu, skály z vodíku. Neutronová hmota, černá díra a temná hmota. Všechno jsou to zajímavá slova bez jakékoli opory v realitě a bez faktického významu. Pár nadaných si pod nimi představí rovnice, které ovšem umí vyřešit jen za velmi speciálních podmínek.

            Ještě jednou zdůrazňuji, hurá každému experimentu. Bez nich není poznání a věda.

        • Jiny Honza napsal:

          To je pořád jen problém názvosloví.

          Podle mě má Europa Clipper dost přístrojů na detekci procesů v ledovém příkrovu, moři i případné intenzivní vulkanické činnosti pod mořem.

          Důležitá je vůle tam doletět a změřit to. A to opakovaně a pokračovat v tom. Objevit Ameriku jako Leif Eriksson nebo parní stroj jako Thomas Savery, nic moc. A to jsou Ti, na které někdo aspoň po pár stoletích /desetiletích navázal.

  3. Petr Šída napsal:

    Je to jak píše Dugi. Povrchem se myslí povrch ledu a geologickými procesy vše, co se s ním děje. Podle všeho tam dochází ke klasické tektonické aktivitě. Nevidím důvod, proč by to mělo být jinak.

  4. Jiny Honza napsal:

    Moc pěkný článek. Díky za vydařený překlad.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.