Europa Clipper: Segeln zu Jupiters Eismond
Künstlerische Illustration des Europa Clipper, einer NASA-Raumsonde, die Jupiters im Ozean beheimateten Mond Europa während Dutzenden von Vorbeiflügen untersuchen wird. (Bildnachweis: NASA)
Europa Clipper ist eine geplante NASA-Mission, die die Bewohnbarkeit eines der Jupitermonde, Europa, untersuchen soll. Unter der eisigen Oberfläche des Mondes soll ein ausgedehnter Ozean existieren. Das Hubble-Weltraumteleskop hat in den letzten Jahren mehrmals Beweise für aus diesem Ozean ausbrechende Wolken entdeckt, was weitere Spekulationen hinzufügt, dass Leben auf Europa möglich wäre.
Die Mission wurde 2017 offiziell in „Clipper“ umbenannt, nachdem dieser Titel jahrelang als Spitzname verwendet wurde. (Der frühere offizielle Name der NASA war Europa Multiple Flyby Mission.) Clipper bezieht sich auf „die Klipper, die im 19. NASA-Erklärung im März 2017 .
Wenn die Mission startet, würde Europa Clipper 40- bis 45-mal am Mond vorbeifliegen, um Wissenschaftlern zu helfen, mehr über die Umwelt Europas zu erfahren: seine eisige Oberfläche, sein Inneres und die massiven Strahlungsmengen, die ihn umgeben, vom nahe gelegenen Jupiter. Der Kongress hatte zuvor den Start der Mission im Jahr 2022 beantragt, aber die jüngsten Haushaltsänderungen könnten dazu führen, dass die Expedition später in den 2020er Jahren gestartet wird.
Geschichte der Erforschung Europas
Der italienische Astronom Galileo Galilei entdeckte 1610, kurz nach der Erfindung des Teleskops, Europa und die drei anderen größten Monde des Jupiter. Aufgrund der geringen Größe Europas mussten detaillierte Untersuchungen des Mondes bis zum Weltraumzeitalter warten, als Raumfahrzeuge am Satelliten vorbeiflog.
Europa wurde erstmals 1973 und 1974 von den NASA-Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 untersucht, obwohl sich diese Missionen auf die Abbildung von Jupiter konzentrierten. Nachfolgende schnelle Vorbeiflüge fanden während der NASA-Missionen Voyager 1 und Voyager 2 statt, die 1979 mit einigen Monaten Abstand durch das System des Jupiter gingen. Diese frühen Bilder zeigten, obwohl sie aus der Ferne aufgenommen wurden, dass Europa eine eisige Oberfläche hat. Damals dachten viele Astronomen, dass alle Monde dem fast atmosphärenfreien Mond der Erde ähneln, daher war es eine Überraschung, Orte wie Europa zu sehen.
'Obwohl die Voyagers nicht sehr nahe an Europa vorbeikamen, waren ihre Bilder von so hoher Qualität, dass die Forscher feststellten, dass einige der dunklen Streifen gegenüberliegende Seiten hatten, die sehr gut zueinander passten, wie Teile eines Puzzles', NASA sagte in einer Retrospektive zur Europa-Erkundung .
'Diese Risse hatten sich getrennt, und dunkles, eisiges Material schien in die geöffneten Lücken geflossen zu sein, was darauf hindeutet, dass die Oberfläche irgendwann in der Vergangenheit aktiv war', sagte die NASA-Retrospektive. „Voyager-Bilder zeigten nur eine Handvoll Einschlagskrater, von denen erwartet wird, dass sie sich im Laufe der Zeit aufbauen, da eine Planetenoberfläche über Milliarden von Jahren ständig von Meteoriten bombardiert wird, bis die Oberfläche mit Kratern bedeckt ist. Daher deutete das Fehlen großer Einschlagskrater darauf hin, dass die Mondoberfläche relativ jung war und implizierte, dass etwas sie ausgelöscht hatte – wie eisige, vulkanische Strömungen oder das Absetzen der eisigen Kruste unter seinem eigenen Gewicht.
Die gemeinsame Galileo-Mission der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation Galileo zum Jupiter führte zwischen 1995 und 2003 mehrere Vorbeiflüge an Europa durch. Eine der bemerkenswertesten Errungenschaften dieser Mission bestand darin, umfangreiche Beweise für einen salzigen, flüssigen Ozean unter der Oberfläche Europas zu finden.
„Eine der wichtigsten Messungen von Galileo zeigte, wie das Magnetfeld des Jupiter im Raum um Europa gestört wurde. Diese Messung deutet stark darauf hin, dass eine spezielle Art von Magnetfeld in Europa durch eine tiefe Schicht einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit unter der Oberfläche erzeugt (oder induziert) wird“, sagte die NASA.
„Aufgrund der eisigen Zusammensetzung Europas glauben Wissenschaftler, dass das wahrscheinlichste Material, um diese magnetische Signatur zu erzeugen, ein globaler Ozean aus salzigem Wasser ist. Eine zukünftige Mission nach Europa könnte die Existenz des Ozeans bestätigen und Fragen über die Bewohnbarkeit des Mondes für Leben, wie wir es kennen, angehen.'
Im Jahr 2012 deuteten Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops auf die Existenz einer Wolke hin, die von der südlichen Atmosphäre Europas ausgeht. Nachuntersuchungen waren zunächst schwierig zu erhalten, aber weitere Beobachtungen des Mondes ergaben 2014 und 2016 mehr Schwaden. Die beiden letztgenannten Schwaden gingen von einem warmen Fleck aus, der zuerst von der Galileo-Mission entdeckt wurde, was darauf hindeutet, dass der Fleck und die Schwaden in irgendeiner Weise verknüpft, sagten Wissenschaftler im Jahr 2016.
Entwicklungsgeschichte von Europa Clipper
Europa Clipper entstand in einer Mission, die eine Beteiligung mit der Europäischen Weltraumorganisation und der Japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung beinhalten sollte. Die Mission hieß Europa Jupiter System Mission-Laplace und sollte 2020 abheben. Sie hätte zwei Sonden enthalten: den Jupiter Europa Orbiter (von der NASA) und den Jupiter Ganymede Orbiter (ESA).
Letztlich gaben die beiden Agenturen die Zusammenarbeit jedoch aufgrund eines Konflikts zwischen ihren Weltraumvisionen auf. Der Beitrag der ESA entstand aus dem Cosmic Vision 2015-2025-Programm der Agentur, in dem die wissenschaftliche Gemeinschaft die dringendsten Weltraumforschungsziele für zukünftige Missionen festlegt. Die Vereinigten Staaten haben die Europa-Mission jedoch laut ESA im Decadal Survey 2011 des US-amerikanischen National Research Council nicht als Priorität eingestuft. (Dies war auch bei zwei anderen ESA-Missionen der Fall, daher entschieden sich die Europäer, sich als Partner zurückzuziehen, hieß es damals in einer Erklärung.)
Die Europäische Weltraumorganisation hat eine neue unabhängige Mission namens JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) vorangetrieben, die sich auf Ganymed, Callisto und Europa konzentrieren würde. Diese Mission wurde schließlich für den Start genehmigt und soll 2022 die Erde verlassen und 2030 das Jupiter-System erreichen. Unterdessen haben die NASA und die US-Wissenschaftsgemeinschaft ihren eigenen Weg für eine billigere Europa-Orbiter-Mission, die Europa Multiple-Flyby-Mission, geschmiedet. Die Mission wurde 2015 für die weitere Entwicklung der NASA genehmigt, im selben Jahr forderte der Kongress die NASA auf, einen Lander in Betracht zu ziehen, um die Wissenschaft der Mission zu verbessern.
Anfang 2017 erreichte Europa Clipper, wie die Mission jetzt heißt, das Designstadium (Phase B). In diesem Teil der Missionsplanung müssen Raumfahrzeugingenieure die detaillierten Designs der Raumfahrzeugkomponenten sowie die Instrumente festlegen, die sie nach Europa bringen sollen. Zu den wichtigsten Herausforderungen, die die Mission bewältigen muss, gehören der Umgang mit der rauen Strahlungsumgebung und die Sicherstellung, dass das Raumfahrzeug ausreichend sterilisiert ist, um die Richtlinien der NASA zum Schutz des Planeten zu erfüllen. Der Haushaltsantrag des Präsidenten für 2018 genehmigte den Lander jedoch nicht.
'Um das Gleichgewicht des Wissenschaftsportfolios der NASA zu wahren und die Flexibilität bei der Durchführung von Missionen zu wahren, die von der Wissenschaftsgemeinschaft als wichtiger eingestuft wurden, sieht das Budget keine Finanzierung für eine milliardenschwere Mission zur Landung auf Europa vor', heißt es in dem Blueprint-Dokument von 2018, die im März 2017 veröffentlicht wurde .
Der Budgetvorschlag von 19,1 Milliarden US-Dollar (veröffentlicht im Mai 2017) sah 425 Millionen US-Dollar für die weitere Arbeit an der Mission vor, aber die NASA warnte davor, dass die Agentur die Mission nicht rechtzeitig für die Frist 2022 des Kongresses starten kann, wenn das Budget den aktuellen Prognosen entspreche . Diese Frist wurde im Jahr 2015 festgelegt. Europa Clipper wird voraussichtlich 2,48 Milliarden US-Dollar benötigen, aber bisher wird erwartet, dass es bis 2022 nur 1,63 Milliarden US-Dollar erhalten wird.
'Wir haben nicht das Budget, um es im Jahr 2022 zu starten, insbesondere aufgrund der flachen Budgets in den kommenden Jahren', sagte der amtierende Finanzchef der NASA, Andrew Hunter, während einer Telefonkonferenz und verwies auf die Tatsache, dass die NASA voraussichtlich 19,1 Milliarden US-Dollar haben wird Gesamtbudget bis 2022. Wenn dieses Budget hält, fügte die NASA hinzu, wird Clipper möglicherweise erst Mitte bis Ende der 2020er Jahre starten.
Europa Clipper Wissenschaft
Der aktuelle Missionsplan sieht vor, dass Clipper bis zu 45 Vorbeiflüge an Europa in verschiedenen Höhen von 25 Kilometern bis 2700 Kilometern über der Mondoberfläche durchführen soll. Die Vorbeiflüge würden nahe an Europa vorbeifliegen (wo die Strahlung am intensivsten ist) und sich dann in eine viel weiter entfernte Zone bewegen, in der das Raumfahrzeug Daten von der Erde senden und empfangen und auf den nächsten Vorbeiflug des eisigen Mondes vorbereitet werden könnte. Strahlung wird voraussichtlich der limitierende Faktor für die Lebensdauer der Mission sein, während die meisten anderen Weltraummissionen aufhören, weil ihnen der Treibstoff ausgeht oder sie die Fähigkeit verlieren, Instrumente richtig auszurichten.
Hier ist die vollständige Liste der wissenschaftlichen Instrumente, die voraussichtlich auf der Mission fliegen werden:
- Plasma-Instrument für Magnetic Sounding (PIMS)
- Innere Charakterisierung von Europa mit MAGnetometry (ICEMAG)
- Mapping Imaging Spektrometer für Europa (MISE)
- Europa-Bildgebungssystem (EIS)
- Radar für Europa-Bewertung und Sondierung: Ozean bis oberflächennah (GRUND)
- Europa Wärmeemissions-Bildgebungssystem (E-THEMIS)
- MAss SPectrometer for Planetary EXPloration/Europa (MASPEX)
- Ultraviolett-Spektrograph/Europa (UVS)
- Oberflächenstaub-Massenanalysator (SUDA)
Die neun Instrumente der Raumsonde sollen mehr über die Beschaffenheit der Oberfläche und des Ozeans Europas verraten. Laut NASA, Bilder und Daten würden zur Erde zurückfließen Von den Kameras und Spektrometern würde das Radar durch Europas Eis blicken, um zu sehen, wie dick es ist und was sich darunter befinden könnte, und das Magnetometer würde das Magnetfeld des Mondes analysieren (Informationen, die helfen würden, Messungen der Tiefe und des Salzgehalts des Ozeans zu verfeinern).
Das Team plant auch, die Beobachtungen von Plumes mit dem Hubble-Weltraumteleskop zu verfolgen. Insbesondere würde das thermische Instrument nach Hinweisen auf wärmeres Wasser in der Nähe der Oberfläche suchen, während der Clipper auch nach Wasser in der Atmosphäre sucht.
'Wenn die Existenz der Plumes bestätigt wird und sie mit einem unterirdischen Ozean verbunden sind, würde die Untersuchung ihrer Zusammensetzung den Wissenschaftlern helfen, die chemische Zusammensetzung der potenziell bewohnbaren Umgebung Europas zu untersuchen und gleichzeitig die Notwendigkeit zu minimieren, durch Eisschichten zu bohren', sagte die NASA.
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