Rymdsond reser till solsystemets största vattenland

Juice (Jupiter icy moons explorer) är ESA:s flaggskeppsexpedition till Jupiter. Dess mål är att studera tre av planetens stora, istäckta månar på ett mer ingående vis än någonsin tidigare.

Med hjälp av en hel palett av mätinstrument hoppas forskarna kunna lära sig mycket mer om månarnas historia, uppbyggnad och geologiska krafter – och kanske till och med få svar på den ultimata frågan: Kan det finnas liv i månarnas dolda oceaner?

Om så är fallet kommer det inte bara att vara århundradets upptäckt, utan ett bevis för att livet kan uppstå på andra himlakroppar än på jorden, och att vi därmed inte är en unik slump.

Allt har testats noga

Juiceexpeditionens prislapp vittnar om hur stor satsningen är för det europeiska rymdorganet. När raketen Ariane 5 sänder upp sonden från rymdhamnen i Franska Guyana i april 2023 bränner ESA bokstavligt talat 1,5 miljarder euro.

Därför har rymdsonden på förhand testats på alla upptänkliga sätt och vis. Testerna har bland annat genomförts i ESA:s stora rymdsimulator, en tio meter bred och 15 meter hög vakuumkammare, där de förhållanden som Juice kommer att stöta på under sin färd kan efterliknas.

Simulatorn har bland annat testat om sondens ovanligt stora solcellspaneler – totalt 85 kvadratmeter, de största någonsin på en interplanetarisk rymdfarkost – fungerar som de ska.

Vid uppsändningen är de totalt tio panelerna hopvikta i raketen Ariane 5, och det är helt avgörande för expeditionens framgång att de vecklar ut sig som förväntat.

Solpanelerna ska både säkerställa att sonden har tillräckligt med bränsle till expeditionen och att det finns el till de vetenskapliga instrumenten ombord.

När den 6,2 ton tunga rymdsonden har sänts ut i rymden och panelerna vecklats ut kommer naturligtvis ESA:s operatörer att dra en suck av lättnad, men det återstår många utmaningar.

Under resans första del måste sonden klara av flera förbiflygningar av jorden, månen och Venus på nära håll innan den slutligen sätter kurs ut i solsystemet, i riktning mot Jupiter.

Därför behöver både sonden och panelerna tåla stora temperaturväxlingar, från 250 värmegrader när den befinner sig nära Venus till 180 minusgrader ute vid Jupiter, där den för övrigt också utsätts för mycket kraftig strålning från gasjätten.

Om allt går i lås kommer Juice att nå fram till Jupiter och dess månsystem efter en drygt åtta år lång resa. Av de totalt 80 månarna skiljer en kvartett ut sig: Io, Europa, Ganymedes och Callisto, de så kallade galileiska månarna. De har fått sitt namn av Galileo Galilei, som såg dem i sin kikare redan år 1610.

Tre av de fyra månarna är vattenrika

Månen Io, som kretsar närmast Jupiter, är den planet i solsystemet som har kraftigast vulkanisk aktivitet. Det är dock de tre övriga som är intressanta för Juice.

De visar nämligen alla tecken på att ha stora mängder flytande vatten och därmed potential för liv. Trots att månarna är täckta av över 100 kilometer tjocka istäcken döljer de sannolikt en inre ocean, som astronomerna tror innehåller minst tio gånger så mycket vatten som vi har här på jorden.

Mätningar gjorda av rymdsonden Galileo i mitten av 1990-talet visade att Jupiters magnetiska fältlinjer förvrängs i området kring Europa på ett sätt som tyder på att det finns en elektriskt ledande vätska i månens inre. Den mest uppenbara kandidaten är saltvatten, som är ledande.

Med rymdteleskopet Hubble har astronomer senare hittat bevis för gejsrar som spyr ur sig vattenånga 160 kilometer ut i rymden genom sprickor i Europas is.

Kring Ganymedes har motsvarande störningar av Jupiters magnetfält observerats, och även här har Hubbleteleskopet stärkt misstanken om flytande vatten genom att hitta tecken på vattenmolekyler i månens ultratunna atmosfär.

Slutligen ser även Callisto ut att påverka Jupiters magnetfält, även om indikationerna på oceaner under istäcket inte är riktigt lika tillförlitliga där.

Månarnas atmosfärer är för tunna för att det ska kunna finnas flytande vatten på ytan, men påverkan av Jupiters gravitationsfält gör att det kan förekomma längre ner.

På samma sätt som jorden och månen påverkar varandra gör Jupiter och dess månar det. Gasjätten utsätter sina månar för så starka krafter att det uppstår en tidvatteneffekt som värmer de inre ismassorna till över smältpunkten.

Vatten och liv hör ihop

Astronomernas intresse för flytande vatten beror på att vi här på jorden kan hitta liv överallt där vattnet inte har fryst till is. Till och med på vår planets djupaste havsbottnar finns hydrotermala flöden, som ger både värme, mineraler och salter, som är nödvändiga förutsättningar för livets existens.

Kanske är de tre jupitermånarna vulkaniskt aktiva, precis som systermånen Io, fast nere på oceanernas botten, inte på ytan. Det skulle skapa miljöer kring hydrotermala flöden likt dem vi känner till från jorden.

Under sin datainsamling får Juice lyckligtvis mer än en chans vid varje måne. Under de tre åren då sonden ska kretsa runt Jupiter kommer den att göra totalt 30 förbiflygningar av månarna. Förhoppningsvis kommer sonden med hjälp av sin magnetometer att kunna ge slutgiltiga bevis för att månarna har oceaner.

Med sina spektrometrar ska rymdfarkosten också identifiera de molekyler som finns i månarnas atmosfär, som på exempelvis Europa kan komma från gejsrarna.

Callisto får besök tolv gånger och på så låg höjd som ända ner till 200 kilometer ovanför ytan. Där ska rymdsonden undersöka hur det kommer sig att månen har en tunn atmosfär av koldioxid, syre och väte som hela tiden tycks förnyas.

Radar ser igenom istäcket

När Juice avslutar sitt uppdrag genom att lägga sig i en stabil omloppsbana runt månen på 500 kilometers höjd kommer sonden att kunna studera Ganymedes extra noga. Det ger gott om tid att samla information om både ytan, marken och den tunna atmosfären.

Med sin diameter på 5 260 kilometer är Ganymedes solsystemets största måne – ja, faktiskt större än planeten Merkurius. I sin omloppsbana runt månen kommer Juice att vara den första sonden som ser ner genom den istäckta ytan.

Ett av rymdsondens totalt tio instrument är radarn Rime, som kan skanna isen ner till nio kilometers djup. Istäcket är i allmänhet betydligt tjockare än så, men radarn kan detektera sprickor i undersidan, där det flytande vattnet befinner sig närmare ytan.

Därmed kan radarmätningarna slutgiltigt konstatera att Ganymedes är inte något bottenfruset isklot.

Juice kommer att kretsa i omloppsbana runt månen i ett år, under vilket den regelbundet ska använda sin raketmotor för att anpassa flyghöjden. När den mot slutet av år 2035 inte har något bränsle kvar kommer sonden gradvis att förlora höjd och slutligen störta på månens yta.

Förhoppningsvis har sonden vid det laget försett forskarna med så mycket data att de kan få svar på sina många frågor om ismånarnas dolda oceaner.

Om inte får astronomerna sätta sin lit till en annan rymdsond, som enligt planen ska anlända till Jupiter och dess månar år 2030.

Nasas sond Europa Clipper, som ska sändas upp i oktober 2024, kommer under ett antal förbiflygningar av Europa bland annat att försöka detektera spår av salter, aminosyror, kol, syre, svavel och andra av livets omistliga byggstenar.

Därmed blir Jupiters stora månar under nästa årtionde några av rymdfartens mest besökta destinationer. Tanken med det är att det kan vara just där vi hittar bevis för att liv kan uppstå på avlägset belägna himlakroppar i solsystemet, oberoende av livet här på jorden.