Fin dal 1960 Europa, la celebre luna di Giove, ha esercitato un certo fascino agli occhi degli scienziati. Attraverso degli studi condotti con telescopi a terra, in quell’anno fu avanzata l’ipotesi secondo la quale la composizione della superficie di Europa fosse costituita prevalentemente da ghiaccio.
Nel 1979 le nostre amatissime sonde Voyager 1 e 2 si avvicinarono a Giove più delle precedenti Pioneer permettendo di catturare con un dettaglio mai ottenuto fino ad allora la superficie delle lune galileiane, con una risoluzione di soli 2 km per pixel. Queste immagini rivelavano una superficie più chiara di quella della nostra Luna. A differenza di quest’ultima, appariva attraversata da numerose bande e creste, con una sorprendente mancanza di larghi crateri di impatto e con montagne alte. In altre parole, una superficie ben più liscia di quella delle altre lune di ghiaccio.
Per quanto le sonde Voyager non fossero passate estremamente vicino ad Europa, le loro immagini rivelarono qualcosa di veramente emozionante: le bande scure avevano delle controparti più lontane le cui forme si accoppiavano tra loro quasi alla perfezione, come pezzi di un puzzle. Queste crepe si erano separate ed il materiale scuro e ghiacciato sembrava essere fluito attraverso le fessure aperte, suggerendo quindi che la superficie di Europa fino a qualche tempo prima fosse attiva! Inoltre, la mancanza di crateri di impatto indicava che la superficie di Europa fosse relativamente giovane e che perciò qualcosa li avesse cancellati, come flussi ghiacciati o vulcanici o la sedimentazione della crosta ghiacciata sotto il suo stesso peso.
Un’altra importante intuizione riguardava le maree. Così come l’influenza della Luna sulla Terra si traduce nel fenomeno delle maree, anche su Europa si verifica un fenomeno simile dovuto a Giove. Il modello con cui realmente si muovono i “pezzi di puzzle” della superficie di Europa non si adatta però ai modelli previsti di fratture che dovrebbero essere create dalle maree mentre Europa orbita attorno a Giove. Gli scienziati hanno determinato che tali modelli si adatterebbero molto bene se la superficie di Europa potesse muoversi indipendentemente e non fosse bloccata al resto dell’interno, come si verificherebbe se esistesse uno strato di ghiaccio liquido o leggermente più caldo tra la crosta e l’interno profondo. Oltre a ciò, gli studi su come il riscaldamento delle maree dovrebbe influenzare Europa hanno suggerito che oggi potrebbe esistere un oceano sotterraneo globale all’interno della luna ghiacciata.
Nel 1995 con la missione Galileo arrivarono nuovi importanti dettagli, tra i quali uno: il campo magnetico di Giove, secondo le analisi effettuate, risultava interrotto nello spazio intorno a Europa. Ciò significa che al di sotto della superficie di Europa un campo magnetico viene indotto da un fluido elettricamente conduttivo e la sostanza più probabile secondo gli scienziati atta a creare questa firma magnetica è quella di un oceano globale di acqua salata! Sarebbe perciò meraviglioso poter studiare la composizione del materiale rossastro presente sulla superficie per avere degli indizi non solo sulla composizione degli oceani, ma anche su un possibile movimento ciclico del materiale tra l’interno della luna e la sua superficie.
Arriviamo così ai nostri giorni, ai motivi che hanno spinto la NASA ad una nuova missione verso Europa.
Europa Clipper è una missione interplanetaria in fase di sviluppo e che servirà a condurre uno studio dettagliato di Europa con lo scopo di comprendere se il satellite ghiacciato abbia le condizioni adatte per la vita.
A causa degli effetti delle radiazioni prodotte dalla magnetosfera di Giove nell’orbita di Europa, è stato deciso che l’orbiter sarà più al sicuro se piazzato in un’orbita ellittica attorno al pianeta gigante e non direttamente attorno alla luna ghiacciata. Da qui l’orbiter effettuerà 44 flybys di Europa. La partenza è prevista per ottobre 2024, con una finestra di lancio di 21 giorni mentre l’arrivo è previsto nell’aprile del 2030.
Qualche settimana fa, NASA ha annunciato di non star più considerando lo Space Launch System come veicolo di lancio per l’Europa Clipper, ma di star decidendo invece di utilizzare un razzo commerciale. Il Falcon Heavy di SpaceX è il principale concorrente ed è stato utilizzato nella pianificazione di alternative a SLS. Per via di questioni legali e burocratiche, NASA è comunque tenuta a considerare tutti i potenziali veicoli di lancio, compresi quelli che attualmente non fanno parte del suo contratto.
L’orbiter di Europa Clipper sarà operativo solo per circa 3 anni per via dell’esposizione alle radiazioni, anche se il veicolo sarà dotato di un’apposita schermatura fornita da 150 kg di titanio, tecnologia nata dallo sviluppo dell’eredità lasciata dagli orbiter Galileo e Juno Jupiter. Per un’ulteriore protezione dei sistemi elettronici, essi saranno posti nella parte più interna del veicolo spaziale. La maggior parte degli strumenti potrà raccogliere i dati molto più velocemente di quanto il sistema di comunicazione possa trasmetterli a Terra per via del numero limitato di antenne disponibili per ricevere tali dati. Un altro fattore limitante sarà il tempo necessario affinché i dati vengano trasmessi alla Terra.
Secondo gli studi condotti dagli scienziati del Jet Propulsion Laboratory (JPL), effettuando numerosi flybys con diversi mesi per ricevere i dati, l’Europa Clipper userà solo 2 miliardi di dollari per condurre le misurazioni più importanti e cruciali della missione rispetto ai 4.3 miliardi di dollari previsti dalla missione Jupiter Europa Orbiter cancellata. Tra un flyby e l’altro, il veicolo spaziale avrà a disposizione da sette a dieci giorni per trasmettere i dati raccolti durante ogni breve incontro con la luna. Ciò consentirà di avere fino a un anno di tempo per trasmettere i dati rispetto ai soli 30 giorni classici. Il risultato sarà di poter ricevere quasi il triplo dei dati riducendo al contempo l’esposizione alle radiazioni.
Un altro dettaglio chiave della missione sarà la traiettoria di Europa Clipper: questa cambierà ad ogni sorvolo della luna grazie agli assist gravitazionali di Ganimede, Callisto e della stessa Europa. In questo modo saranno coperti diversi settori della luna permettendo in fine di ottenere un’indagine topografica globale di media qualità.
L’Europa Clipper potrebbe plausibilmente sorvolare a bassa quota il satellite, attraversando i pennacchi di vapore acqueo che eruttano dalla crosta di ghiaccio della luna, campionando così il suo oceano sotterraneo senza dover atterrare sulla superficie e perforare il ghiaccio.
L’orbiter sarà alimentato da un generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG) e da pannelli fotovoltaici forniti da Airbus Defence and Space. Ogni pannello avrà una superficie di 18 m^2 e produrrà 150 W quando il veicolo punterà verso il Sole, orbitando attorno a Giove.
NASA, grazie al lavoro congiunto del JPL e del Applied Physics Laboratory (APL), ha selezionato nove strumenti scientifici per studiare oceano, geologia, chimica ed eventuale abitabilità di Europa. Vediamoli insieme nel dettaglio.
1) E-THEMIS: Europa Thermal Emission Imaging System. Questo strumento produrrà immagini di Europa nell’infrarosso e permetterà di misurare la temperatura sulla superficie di Europa in diverse zone. Per fare ciò gli scienziati analizzeranno la luce emessa dagli oggetti a temperature differenti che emettono perciò a diverse lunghezze d’onda. In questo modo sarà possibile cercare e trovare i segni di una recente modifica della superficie di Europa causata dal ghiaccio più caldo vicino la superficie stessa.
2) EIS: Europe Imaging System. Sarà costituito da due camere digitali che serviranno ad acquisire immagini stereoscopiche a colori. Avremo così a disposizione una mappa di Europa con una risoluzione più elevata di quelle delle missioni precedenti. Con queste immagini sarà possibile studiare la struttura ed i materiali di Europa ed il modo in cui la superficie interagisce con la parte sottostante, permettendo di capire anche quanto sia spesso lo strato di ghiaccio superficiale.
3) Europa- UVS: Ultraviolet Spectrograph. Tale strumento raccoglierà luce utravioletta con un telescopio e la invierà ad un detector. Ciò servirà a studiare la composizione e la struttura dell’atmosfera debole di Europa. Lo strumento cercherà anche prove più lontane della possibile presenza di acqua liquida eruttata nello spazio in forma di pennacchi.
4) Magnetometro: servirà a misurare direzione ed intensità dei campi magnetici nei pressi dell’orbiter. Questo tipo di studio permetterà di comprendere meglio il campo magnetico indotto dall’interno di Europa e confermare quindi l’esistenza di un oceano sotto la superficie di ghiaccio.
5) MASPEX: MAss SPectrometer for Planetary Exploration. Con questo strumento sarà possibile studiare la debole atmosfera di Europa, l’oceano sotto la superficie, le sostanze immesse nello spazio dalle riserve di liquido nascosto sotto tale superficie ed in particolare sarà possibile identificare dozzine di idrocarburi e gas tra le altre sostanze.
6) MISE: Mapping Imaging Spectrometer for Europa. Raccoglierà la luce riflessa nell’infrarosso e la separerà nelle varie lunghezze d’onda per poi produrre le immagini che mostreranno la composizione dei materiali di superficie. Tale strumento mapperà la distribuzione di ghiaccio, sali e materiali organici nei punti più caldi di Europa. Questa mappa servirà non solo a comprendere la storia geologica di Europa, ma anche se l’ambiente subsuperficiale sia adatto alla vita.
7) PIMS: Plasma Instrument for Magnetic Sounding. Questo strumento sarà dotato di quattro sensori che misureranno le correnti elettriche prodotte dal plasma, misurandone densità, temperatura e velocità. Tale studio ha una notevole importanza: il campo magnetico di Giove trasporta una sorta di vento caldo di particelle cariche (cioè plasma) dalla luna vulcanica Io fin su Europa, dove va ad influenzare il campo magnetico indotto. Queste analisi permetteranno di capire al meglio il comportamento magnetico della luna.
8) REASON: Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface. Questo strumento manderà onde radio ad alta frequenza (HF) e VHF nelle profondità del ghiaccio di Europa fino a circa 30 km. Le onde si rifletteranno sulla subsuperficie e ritorneranno al veicolo. In questo modo, misurando il tempo di ritorno del segnale, sarà possibile creare delle immagini della struttura interna dello strato di ghiaccio.
9) SUDA: SUrface Dust Analyzer. Quando la polvere microscopica ottenuta dall’impatto di piccoli meteoriti con la superficie di Europa attraverserà lo strumento, passerà attraverso una serie di griglie che agiranno da setaccio in modo da separare queste particelle da quelle del plasma, al fine di poter misurare velocità e direzione della polvere. Lo strumento potrà inoltre studiarne la composizione.
Come complemento alla missione Europa Clipper, nel 2027 potrebbe essere inviato su Europa l’Europa Lander il cui obiettivo sarà di cercare tracce biologiche nel sottosuolo e valutare l’abitabilità della luna con tecniche in situ disponibili unicamente per missioni a terra. Chissà, magari il nostro lander si imbatterà in abitanti simili agli ewok della luna boscosa di Endor di Star Wars o troverà dei microrganismi molto più semplici, ma ugualmente sorprendenti!
In entrambi i casi, mai quanto oggi siamo pronti ad assaporare ogni dato proveniente da Europa.