Um den mysteriösen, mit Eis bedeckten Mond Europa zu erforschen, muss die Mission den Beschuss durch Strahlung und hochenergetische Teilchen rund um Jupiter aushalten.
Wenn der Europa Clipper der NASA beginnt, Jupiter zu umkreisen, um zu untersuchen, ob auf seinem eisbedeckten Mond Europa geeignete Bedingungen für Leben herrschen, wird die Raumsonde wiederholt eine der härtesten Strahlungsumgebungen unseres Sonnensystems durchqueren.
Es ist keine leichte Aufgabe, das Raumschiff gegen mögliche Schäden durch diese Strahlung zu schützen. Doch am 7. Oktober brachte die Mission das letzte Stück der „Panzerung“ des Raumschiffs an, als es den Tresor versiegelte, einen Behälter, der speziell zum Schutz der hochentwickelten Elektronik des Europa Clipper entwickelt wurde. Die Sonde wird vor ihrem Start im Oktober 2024 Stück für Stück in der Spacecraft Assembly Facility im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien zusammengebaut.
„Die Schließung des Tresors ist ein wichtiger Meilenstein“, sagte Kendra Short, stellvertretende Flugsystemmanagerin von Europa Clipper bei JPL. „Das bedeutet, dass wir alles drin haben, was wir brauchen. Wir sind bereit, es zuzuknöpfen.“
Begleiten Sie Teammitglieder der NASA-Mission Europa Clipper hinter die Kulissen in einem Reinraum am JPL, um mehr über das Design des Raumfahrzeugs zu erfahren. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Das knapp einen halben Zoll (1 Zentimeter) dicke Aluminiumgewölbe beherbergt die Elektronik für die wissenschaftlichen Instrumente des Raumfahrzeugs. Die Alternative, jeden Satz elektronischer Teile einzeln abzuschirmen, würde die Kosten und das Gewicht des Raumfahrzeugs erhöhen.
„Der Tresor ist so konzipiert, dass die Strahlungsumgebung für den Großteil der Elektronik auf ein akzeptables Maß reduziert wird“, sagte Insoo Jun vom JPL, Co-Vorsitzender der Europa Clipper Radiation Focus Group und Experte für Weltraumstrahlung.
Strafende Strahlung
Das gigantische Magnetfeld des Jupiter ist 20.000 Mal so stark wie das der Erde und dreht sich schnell im Takt der zehnstündigen Rotationsperiode des Planeten. Dieses Feld fängt geladene Teilchen aus der Weltraumumgebung des Jupiter ein und beschleunigt sie, um leistungsstarke Strahlungsgürtel zu erzeugen. Die Strahlung ist eine ständige, physische Präsenz – eine Art Weltraumwetter – und bombardiert alles in ihrem Einflussbereich mit schädlichen Partikeln.
„Jupiter hat neben der Sonne die intensivste Strahlungsumgebung im Sonnensystem“, sagte Jun. „Die Strahlungsumgebung beeinflusst jeden Aspekt der Mission.“
Wenn die Raumsonde im Jahr 2030 den Jupiter erreicht, wird Europa Clipper deshalb nicht einfach im Orbit um Europa parken. Stattdessen wird es, wie einige frühere Raumschiffe, die das Jupitersystem untersucht haben, eine weiträumige Umlaufbahn um Jupiter selbst machen, um sich so weit wie möglich vom Planeten und seiner harten Strahlung zu entfernen. Während dieser Umlaufbahnen um den Planeten wird die Raumsonde fast 50 Mal an Europa vorbeifliegen, um wissenschaftliche Daten zu sammeln.
Die Strahlung sei so intensiv, dass Wissenschaftler glauben, dass sie die Oberfläche Europas verändert und sichtbare Farbveränderungen verursacht, sagte Tom Nordheim, ein Planetenforscher am JPL, der sich auf eisige äußere Monde spezialisiert hat – Europa sowie Saturns Enceladus.
„Die Strahlung auf der Oberfläche Europas ist ein bedeutender geologischer Veränderungsprozess“, sagte Nordheim. „Wenn man sich Europa anschaut – wissen Sie, die rotbraune Farbe – haben Wissenschaftler gezeigt, dass dies mit der Strahlungsverarbeitung vereinbar ist.“
Chaotische Eislandschaft
Während Ingenieure daran arbeiten, die Strahlung von Europa Clipper fernzuhalten, hoffen Wissenschaftler wie Nordheim und Jun, sie mit der Raumsonde untersuchen zu können.
„Mit einer speziellen Strahlungsüberwachungseinheit und der Nutzung opportunistischer Strahlungsdaten seiner Instrumente wird Europa Clipper dazu beitragen, die einzigartige und herausfordernde Strahlungsumgebung auf Jupiter aufzudecken“, sagte Jun.
Nordheim konzentriert sich auf das „Chaos-Terrain“ Europas, Bereiche, in denen Blöcke aus Oberflächenmaterial scheinbar auseinandergebrochen, gedreht und in neue Positionen verschoben wurden, wobei in vielen Fällen bereits bestehende lineare Bruchmuster erhalten blieben.
Tief unter der eisigen Oberfläche des Mondes befindet sich nach Ansicht von Wissenschaftlern ein riesiger Ozean aus flüssigem Wasser, der eine bewohnbare Umgebung für Leben bieten könnte. Einige Bereiche der Oberfläche Europas weisen Hinweise auf Materialtransport vom Untergrund zur Oberfläche auf. „Wir müssen den Kontext verstehen, wie Strahlung dieses Material verändert hat“, sagte Nordheim. „Es kann die chemische Zusammensetzung des Materials verändern.“
Die Kraft der Wärme
Da der Ozean Europas von einer Eishülle umgeben ist, könnten sich alle möglichen Lebensformen nicht direkt auf die Energie der Sonne verlassen, wie dies bei Pflanzen auf der Erde der Fall ist. Stattdessen bräuchten sie eine alternative Energiequelle, etwa Wärme oder chemische Energie. Strahlung, die auf die Oberfläche Europas herabregnet, könnte dazu beitragen, eine solche Quelle zu schaffen, indem sie Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid erzeugt, wenn die Strahlung mit der Oberflächeneisschicht interagiert.
Im Laufe der Zeit könnten diese Oxidationsmittel von der Oberfläche in das Innere des Ozeans transportiert werden.
„Die Oberfläche könnte ein Fenster in den Untergrund sein“, sagte Nordheim. Ein besseres Verständnis solcher Prozesse könnte einen Schlüssel zur Entschlüsselung weiterer Geheimnisse des Jupitersystems liefern, fügte er hinzu: „Strahlung ist eines der Dinge, die Europa so interessant machen. Sie ist Teil der Geschichte.“