Hvad kan vi lære at flyve gennem fjerene ved Enceladus?

I det næste årti vil rumfartsorganisationer udvide søgen efter udenjordisk liv ud over Mars, hvor alle vores astrobiologiske indsats i øjeblikket er fokuseret. Dette inkluderer ESA's JUpiter ICy moon's Explorer (JUICE) og NASA's Europa Clipper, som vil flyve forbi Europa og Ganymedes gentagne gange for at studere deres overflader og indre.

Der er også NASAs foreslåede Dragonfly-mission, der vil flyve til Titan og studere dens atmosfære, metansøer og den rige organiske kemi, der sker på dens overflade. Men måske den mest overbevisende destination er Enceladus og de dejlige faner, der kommer fra dens sydlige polarregion.

Siden Cassini-missionen fik et nærbillede af disse faner, har videnskabsmænd stræbt efter at sende en robotmission dertil for at prøve dem - som ser ud til at have alle ingredienserne til livet i sig. Dette er ikke så nemt, som det lyder, og der er ingen indikation af, at flyve gennem faner vil give intakte prøver.

I et nyligt papir offentliggjort i Meteoritics &Planetary Science , undersøgte forskere fra University of Kent, hvordan hastigheden af ​​et passerende rumfartøj (og det deraf følgende stød fra stød) signifikant kunne påvirke dets evne til at prøve vand og is i fanerne.

Forskningen blev udført af Prof. Mark Burchell og Dr. Penny Wozniakiewicz (en emeritus-professor og en seniorlektor i rumvidenskab) fra Center for Astrophysics and Planetary Science (CAPS), en del af School of Physics and Astronomy ved University of Kent, U.K.

Deres arbejde kan have betydelige konsekvenser for missioner til Icy Ocean Worlds (IOW), kroppe i det ydre solsystem, der overvejende består af frosset vand og flygtige stoffer med oceaner i deres indre. Disse kroppe er blevet af stigende interesse for videnskabsmænd, da det er muligt, at nogle kan understøtte livet.

Udtrykket "Ocean Worlds" er blevet almindeligt i de senere år, da antallet af potentielle kandidater til udforskning er steget. Siden Voyager-sonderne passerede gennem systemet i 1979, har videnskabsmænd spekuleret i muligheden for et indre hav i Europa baseret på dets overfladetræk. Dette omfattede pletter af "ungt terræn", der sad ved siden af ​​ældre, krateret terræn - et tegn på regelmæssige udvekslinger mellem overfladen og interiøret. Voyager-sonderne bemærkede et lignende ungdommeligt terræn på Enceladus, da de kun få forbi Saturn i 1980 og 1981 (henholdsvis).

Det var imidlertid Cassini-Huygens-missionen, der opdagede vanddamp og organiske molekyler, der udluftede fra Enceladus' sydlige polarområde i 2004. I løbet af de næste 13 år gennemførte Cassini-kredsløbet adskillige flere forbiflyvninger af månen, hvilket gav yderligere beviser for et indre hav og en energikilde ved kerne-kappegrænsen.

Disse resultater placerede Enceladus blandt "Ocean Worlds", som videnskabsmænd ønsker at undersøge nærmere med fremtidige missioner. Men i modsætning til andre IOW'er er Enceladus særligt attraktiv på grund af arten af ​​fanerne omkring dens sydpol.

Mens Europa også oplever faneaktivitet, er disse mere sporadiske og svære at opdage. På grund af Europas højere tyngdekraft (~13 % vs. 1 % af Jordens), når vanddamp og ventileret materiale ikke nær så langt ud i rummet.

Som Burchell fortalte Universe Today via e-mail, virker det relativt simpelt at indsamle prøver fra disse faner, i det mindste i teorien. "Som alle IOW'er har den et indre hav med masser af vand. Hvad der er i det vand er genstand for megen spekulation og interesse," sagde han. "Og Enceladus kaster vandfaner ud i rummet, hvilket gør enhver rummission, der ønsker at prøve vandet meget lettere - du kan bare flyve gennem fanen."

Men i praksis (som altid) bliver tingene lidt mere komplicerede. Afhængigt af hvor hurtigt en mission rejser, vil den påvirkning, den vil påføre fanemateriale, variere betydeligt. Som Burchell forklarer, kunne dette bringe de samme prøver, som en mission forsøgte at opnå:

"Problemet med at indsamle prøver ved hastighed er, at der er lavet mange tests med metal- og mineralprojektil, men man ved mindre om organiske stoffers reaktion på højhastighedspåvirkningerne. Bindingerne i de organiske stoffer vil bryde, men ved hvad hastighed og hvilke bindinger først? Så det, du ender med til analyse, er måske ikke det, der kom ud af Enceladus?

Ifølge Burchell kan modellering af, hvordan et rumfartøjs hastighed ville påvirke dets evne til at indsamle prøver, udføres på en af ​​to måder. På den ene side er der computermodelleringstilgangen, hvor teams er afhængige af avanceret software til at simulere påvirkninger og måle resultaterne. Den anden er den "kinetiske" tilgang, som består i at skyde små korn mod mål med de rigtige hastigheder og derefter måle kraften af ​​stødet. Burchell og hans hold foretrækker at gøre det sidste. "I vores laboratorium kan vi godt lide at skyde ting mod mål," sagde han.

Deres resultater viste tydeligt, at indsamlingshastigheden er afgørende for prøveindsamlingen. Men de fandt også ud af, at resultaterne varierer fra den ene krop til den næste. Sagde Burchell:

"I et kredsløb ved et lille legeme som Enceladus er det ret lavt. Men for de større IOW'er er det større. Og det kommer bare ind i regimet, hvor chokket fra påvirkningsprocessen i samlingen forårsager stadig mere alvorlige ændringer af prøverne Hvis du laver en forbiflyvning af IOW uden at kredse om den, er du hurtigere igen, og prøverne oplever et større chok designe og begrænser den anden videnskab, du kan lave. Det er altid en afvejning."

Uden solsystemet er der flere legemer, hvor vand og andre flygtige stoffer udluftes fra det indre - et fænomen kendt som kryovulkanisme. Disse kroppe varierer betydeligt med hensyn til deres størrelse og tyngdekraft, lige fra mikrotyngdekraften (mindre eller lidt mere end 1%) af Mimas og Enceladus til de omkring 13%-15% af Europa, Titan og Ganymedes. Som følge heraf kunne disse resultater hjælpe med at informere designet af mange prøveindsamlingsmissioner bestemt til IOW'er.

Flere oplysninger: M. J. Burchell et al., Iskolde havverdener, fjer og smag på vandet, Meteoritik og planetarisk videnskab (2024). DOI:10.1111/maps.14152

Leveret af Universe Today