إليك كل ما ستستخدمه Tech Europe Clipper للبحث عن الحياة

يوروبا أصغر قليلاً من قمر الأرض، وهو أحد أكثر الأجسام الرائعة والغامضة في النظام الشمسي. قشرة أوروبا هي أحد أقمار المشتري الجليلية الأربعة، وهي عبارة عن قشرة جليدية خالية من الحفر إلى حد كبير، ويتراوح سمكها بين عشرات وأكثر من مائة كيلومتر. يتقاطع الجليد مع الخطوط والكسور، ويتكون من خلال عمليات فريدة من نوعها، ويخفي تحته محيطًا مشبوهًا بأعماق غير مؤكدة وأسرار لا توصف.

أوروبا أيضًا محاطة بأحزمة إشعاعية لا ترحم لكوكب المشتري. وبالتالي، فإن التنقيب في أسرار القمر – والتي تم التلميح إلى وجودها من خلال زيارات قصيرة لكل من مسباري فوييجر، وكذلك غاليليو وجونو – يتطلب قدرًا لا بأس به من البراعة والمرونة. إن مهمة أوروبا كليبر التابعة لناسا والتي تبلغ تكلفتها 5 مليارات دولار أمريكي هي الآن في طريقها، وهي على استعداد لمواجهة هذه التحديات والإجابة على أحد الأسئلة الأكثر عمقًا في علم الأحياء الفلكي: هل يمتلك أوروبا القدرة على إيواء الحياة؟

انطلقت المركبة الفضائية في 14 أكتوبر، بعد تأخير قصير بسبب إعصار ميلتون، وبعض المخاوف بشأن اكتشاف فشل ترانزستورات المركبة الفضائية في جرعات إشعاعية أقل من المتوقع، ومعركة استمرت عدة عقود من أجل الدعم السياسي والميزانية. ستصل المركبة الفضائية إلى أوروبا، على بعد حوالي 700 مليون كيلومتر، في عام 2030. لن يدور كليبر حول أوروبا، ولكنه سيقوم بـ 49 رحلة جوية حول القمر – أكثر إذا صمدت المعدات وتم تمديد المهمة – حيث يتأرجح مرة واحدة كل ثلاثة أسابيع للاقتراب يقترب من ارتفاع 25 كيلومترًا فوق السطح، ثم يتجه عائداً إلى ما وراء أحزمة الإشعاع المكثفة التي تقتل الإلكترونيات لإطالة أمد المهمة.

يحتوي Clipper على مجموعة من تسعة أدوات – أجهزة تصوير، وأجهزة قياس الطيف، وأجهزة قياس المغناطيسية، والرادار – موجهة نحو السؤال الرئيسي المتمثل في صلاحية أوروبا للسكن. ستعمل هذه الأدوات معًا على بناء رؤية متعددة الأبعاد لهذه الجوهرة الجليدية، والأهم من ذلك، كيفية عملها. على الرغم من عدم القدرة على اكتشاف الحياة تحت الجليد، ستعمل الحمولات بشكل متضافر لتحديد ما إذا كانت الحياة يمكن أن تتطور هناك وفي أي مكان آخر في النظام الشمسي أم لا.

محلل الغبار السطحي (SUDA)

إن افتقار أوروبا للغلاف الجوي يعني أن النيازك الدقيقة تصطدم مباشرة بسطح القمر. ترسل هذه الاصطدامات الصغيرة الغبار إلى الفضاء. سوف يلتقط مقياس الطيف SUDA هذه المقذوفات، وأثناء مرور هذه الجسيمات عبر شبكات معدنية، سيحدد سرعة الغبار ومساره، بالإضافة إلى كتلته وتركيبه.

من خلال القيام بذلك، سيخبر SUDA الباحثين بتركيبة الجليد والأملاح الموجودة على سطح يوروبا، بالإضافة إلى أدلة حول ما يكمن أدناه. سيساعد هذا، جنبًا إلى جنب مع قياسات المجال المغناطيسي، في تحديد عمق المحيط والمعادن الموجودة في قاعه.

أبعد من ذلك، فإن حساسية SUDA ستعطي رؤية أكبر بكثير لما قد يحدث في أوروبا وما إذا كان صالحًا للسكن.

يقول ساشا كيمبف، الباحث الرئيسي في SUDA وعالم الكواكب في جامعة كولورادو بولدر: “إن SUDA يتألق عندما يتعلق الأمر بتحديد آثار صغيرة من المواد العضوية الموجودة في الجليد”. إنه قادر على قياس الجزيئات العضوية على مستوى الأجزاء في المليون. تسمح حساسية SUDA بتحديد نسب، على سبيل المثال، للأحماض الأمينية، وتساعد في تحديد ما إذا كان هذا يشير إلى عملية غير بيولوجية أو يحتمل أن ينتج كائن حي أحماض أمينية صحية.

مطياف الكتلة لاستكشاف الكواكب/أوروبا (MASPEX)

مثل SUDA، يعد MASPEX مقياسًا طيفيًا، ولكنه موجه لتحليل الغلاف الخارجي الرقيق للغازات المحيطة بأوروبا وبيئته الكيميائية، والبحث عن العناصر الضرورية للحياة كما نعرفها بدقة غير مسبوقة. سيكون MASPEX أيضًا قادرًا على تحليل المواد المنبعثة في الفضاء من خلال أعمدة مياه يوروبا المشتبه بها، أو الكشف عن علامات العمليات الجيولوجية النشطة أو حتى اكتشاف البصمات الحيوية المحتملة.

مقياس المغناطيسية أوروبا كليبر (ECM)

يتميز ECM بذراع طوله 8.5 متر والذي سيكشف ويحلل أي مجالات مغناطيسية مستحثة ناتجة عن التفاعل بين المجال المغناطيسي لكوكب المشتري والمحيط تحت سطح أوروبا – إذا كان مالحًا وينتج تيارات كهربائية. يهدف ECM إلى تقديم نظرة ثاقبة حول عمق وملوحة ومدى المحيط تحت الجليد، وكذلك ما إذا كان المحيط يتفاعل مع القشرة الجليدية: وهي عملية من المحتمل أن تكون ضرورية لخلق بيئة مواتية للحياة.

أداة البلازما للسبر المغناطيسي (PIMS)

تم تصميم PIMS لقياس كثافة وسلوك الجسيمات المشحونة في الغلاف الأيوني لأوروبا وبيئة البلازما المحيطة. بالإضافة إلى بيانات مقياس المغناطيسية من ECM، ستساعد قراءات PIMS في تحديد كيفية تفاعل المحيط تحت سطح أوروبا مع المجال المغناطيسي لكوكب المشتري. ومن خلال القيام بذلك، يهدف نظام PIMS إلى التأكد من عمق وتوصيل محيط أوروبا، بالإضافة إلى سمك القشرة الجليدية.

رادار لتقييم وسبر أوروبا: من المحيط إلى السطح القريب (REASON)

ستقوم هوائيات ريسون بإرسال الإشارات إلى السطح والتقاط الأصداء باستخدام طفرات ضخمة بحجم نصف ملعب كرة السلة، والتي سيتم نشرها بعد الإقلاع. ستسمح الإشارات المنعكسة للفريق ببناء صورة تحت سطح أوروبا، وتحديد عمق الجليد وأين يبدأ المحيط النظري – بالإضافة إلى أي بحيرات بينهما – والمساعدة في دراسة تضاريس أوروبا وتكوينها.

يقول دون بلانكينشيب، أستاذ الأبحاث في معهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس والباحث الرئيسي في مشروع REASON: “لقد كان علم الكواكب عبارة عن علم XY”، في إشارة إلى نظام الإحداثيات ثنائي الأبعاد. “نحن نحضر العمودي. نحن نجلب ما تحت السطح إلى علم الكواكب.

ستساعد الحمولة أيضًا في الكشف عن الأدلة الخاصة بعمليات أي تبادل بين الجليد والمحيط أدناه واحتمال وجود كيمياء يمكن أن تدعم الحياة.

“لدينا مواد اختزال في الأسفل، كما نأمل، موجودة في المحيط، ثم مواد مؤكسدة على السطح. المبدأ التنظيمي يجب أن يكون التبادل. كيف يصل السطح إلى المحيط؟ وكيف يدخل المحيط إلى القشرة الجليدية؟ يقول بلانكينشيب: “لهذا السبب يعتبر الرادار في غاية الأهمية”.

رسم خرائط مطياف التصوير لأوروبا (MISE)

سوف يقوم MISE بتحليل ضوء الأشعة تحت الحمراء المنعكس من أوروبا، وقياس كيفية امتصاص المواد المختلفة وعكس ضوء الشمس عند أطوال موجية محددة، وبالتالي رسم خرائط للجليد المائي والأملاح والمواد العضوية والمعادن عبر السطح. ستوفر المواد الموجودة بالقرب من الشقوق والكسور نظرة ثاقبة حول كيفية تبادل المواد بين السطح والمحيط تحت السطح.

مطياف أوروبا للأشعة فوق البنفسجية (Europa-UVS)

سوف يقوم جهاز Europe-UVS بجمع الضوء فوق البنفسجي لدراسة سطح أوروبا والغلاف الخارجي لها، والبحث عن جزيئات الهيدروجين والأكسجين والهيدروكسيد وثاني أكسيد الكربون. وسيقوم أيضًا بالبحث عن أدلة على وجود أعمدة تطرد المواد إلى الفضاء.

نظام التصوير بالانبعاثات الحرارية في أوروبا (E-THEMIS)

سوف يلتقط E-THEMIS الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء بتفاصيل مكانية دقيقة لرسم خريطة لدرجات حرارة سطح أوروبا، مما يعطي نظرة ثاقبة لديناميكيات الليل والنهار، وتحديد مصادر الحرارة تحت السطح المحتملة ومؤشرات النشاط الجيولوجي وحتى ثوران الأعمدة أو التحولات في القشرة الجليدية.

نظام التصوير الأوروبي (EIS)

يتكون نظام EIS من كاميرا واحدة واسعة الزاوية وكاميرا واحدة ضيقة الزاوية، تحتوي كل منهما على مستشعر بدقة 8 ميجابكسل يمتد بالقرب من الأشعة تحت الحمراء والبصرية وجزء صغير من الترددات فوق البنفسجية. سيقوم برسم خريطة لسطح أوروبا من خلال التقاط صور مجسمة بمعدل 100 متر لكل بكسل، مما يوفر مناظر جديدة ويكشف عن تضاريس وميزات جديدة مثل التلال والشقوق والمناطق النشطة المحتملة بدقة غير مسبوقة.

تقول إليزابيث “زيبي” ترتل، عالمة الكواكب في مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية والباحثة الرئيسية في EIS: “مع الجيولوجيا الفريدة لأوروبا، نريد حقًا أن نفهم طبيعة القشرة الجليدية والعمليات الجيولوجية التي تعمل داخل تلك القشرة الجليدية”.

سوف يجتمع كل من REASON وEIS لتوفير مجموعة بيانات للحصول على فهم ثلاثي الأبعاد للقشرة الجليدية، مع التضاريس السطحية والتصوير تحت السطح.

سوف يبحث EIS أيضًا عن أعمدة من الماء تتسرب من السطح. تصوير الحدود بين النهار والليل على أوروبا يمكن أن يكشف عن أعمدة مقذوفة من الجانب الليلي، ولكن مع المقذوفات التي تلتقط ضوء الشمس عاليًا فوق السطح – على غرار الطريقة التي تنتج بها أعمدة إطلاق الصواريخ بعد وقت قصير من غروب الشمس ظاهرة “قنديل البحر” التي يراها المشاهدون على الأرض. يقول تورتل: “لدينا حملة بحث عن الأعمدة طوال الجولة في كوكب المشتري”.

إلى جانب إنتاج رؤية عالمية وتحت السطحية لأوروبا، هناك مناطق ذات أهمية خاصة. وتشمل هذه المناطق ما يسمى بمناطق التضاريس الفوضوية الشابة في أوروبا، والتي قد تكون إشارات على وجود داخل متموج، وملامح داكنة غير منتظمة تُعرف باسم البقعة.

يقول تورتل: “أعتقد أنها ستكون مفيدة للغاية وستعطينا صورة مذهلة ومتعددة الأبعاد وممتازة عن أوروبا وكيفية عملها”.

وينصب التركيز على الصالحية للسكن، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن البحث عن الحياة ليس مهمة يمكن تحديدها بسهولة. وبالنظر إلى أن محيط القمر الجليدي معزول إلى حد ما عن الخارج، فهناك احتمال أن يكون قد عزز نشأة ثانية محتملة داخل النظام الشمسي.

في الوقت نفسه، إذا كان الباحثون محظوظين، فيمكن لـ SUDA أو MASPEX اكتشاف التوقيعات الشبيهة بالحياة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى استنباط أنماط الأحماض الأمينية والدهنية المميزة للمادة العضوية. يقول كيمبف، الباحث الرئيسي في SUDA: “أنا لا أقول إننا نأمل في مراقبة البكتيريا، ولكن إذا كان هناك واحدة في مثل هذا الجسيم، فيمكننا معرفتها”. لن يكون مثل هذا الاكتشاف أقل من كونه تاريخيًا ويمهد الطريق لمهمة هبوط لاحقة.

من المقرر أن يصل يوروبا كليبر إلى نظام المشتري في أبريل 2030، عبر تحليقات قريبة من المريخ والأرض. ثم سيبدأ فصلًا جديدًا تمامًا في البحث عن الحياة في مكان آخر في النظام الشمسي، مما يلقي الضوء على مؤامرات أوروبا، ولكنه يوفر أيضًا منصة لفهم الأقمار الجليدية الأخرى مثل إنسيلادوس، وجانيميد، وتريتون.