Image credit: Kees Veenenbos
In 2010 di A. C. Clarke, il supercomputer HAL trasmette un'ultima istruzione per l'equipaggio della Discovery: "tutti questi mondi sono vostri, tranne Europa, non tentate di atterrarvi". Ora, gli scienziati della NASA hanno un'idea migliore: i potenti segnali radio generati da Giove potrebbero essere utilizzati per aiutare i ricercatori nella scansione delle sue lune giganti alla ricerca di oceani che potrebbero essere sede di vita extraterrestre. Giove, il pianeta più grande del sistema solare, possiede 67 lune conosciute, tra cui tre lune ghiacciate giganti che potrebbero possedere oceani liquidi sotto le loro superfici ghiacciate. Gli astrobiologi vogliono cercare vita extraterrestre su Europa, Ganimede e Callisto, dato che c'è vita praticamente ovunque ci sia acqua allo stato liquido sulla Terra.
Delle tre maggiori lune ghiacciate di Giove, Europa, che è più o meno delle dimensioni della Luna, è il favorito per avere il maggior potenziale per sostenere la vita. Le letture magnetiche catturate dalla sonda Galileo della NASA forniscono indizi convincenti che ha un oceano, e le scansioni radio dalla sonda suggeriscono uno strato ricco d'acqua sotto la superficie tra 50-105 miglia (80-170 chilometri) di spessore. Recenti scoperte suggeriscono anche che il suo oceano potrebbe avere abbastanza ossigeno per supportare milioni di tonnellate di vita marina.
Gli scienziati vorrebbero analizzare l'oceano di Europa direttamente, magari con missioni per forare il guscio di ghiaccio e robot sottomarini per esplorare l'oceano. Tuttavia, essendo la composizione di tale guscio incerta, è complicato fare progetti diretti per penetrarlo. Modelli sul suo spessore, in base alla quantità di calore che questa copertura riceve dal Sole, prevedono che sia di circa 18 miglia (30 km) di spessore. Al contrario, le analisi dei dati della sonda Galileo suggeriscono che non sia più di 9 miglia (15 chilometri) di spessore, e forse meno 2,5 miglia (4 km).
Bellissimi e complessi disegni su Europa. Image Credit: NASA/JPL/Ted Stryk
La penetrazione del ghiaccio con il radar è attualmente la tecnica più promettente di confermare direttamente l'esistenza di un oceano nascosto all'interno delle lune ghiacciate di Giove. Il radar funziona trasmettendo segnali radio, individuando eventuali segnali radio che vengono riflessi, e analizzando questi segnali per dedurre i dettagli degli oggetti che li riflettono, molto simile a come una persona potrebbe utilizzare una torcia per illuminare gli oggetti nascosti nel buio. Sistemi radar per penetrare ghiaccio e terreno per cercare segnali che indicano oggetti sepolti e confini tra gli strati. Nel caso di Europa, questo significa cercare i confini tra la crosta ghiacciata e tutto l'oceano nascosto, e tra un tale mare e il nucleo roccioso.
Per rilevare questi oceani, sono necessari segnali a bassa frequenza inferiori a 30 megahertz per superare l'assorbimento delle onde radio da parte del ghiaccio, così come la loro imprevedibile dispersione dalle superfici increspate di queste lune. Le onde radio a bassa frequenza che i ricercatori vorrebbero utilizzare sono decametriche, nel senso che hanno lunghezze d'onda di decine di metri.
Un problema relativo a questi sistemi di penetrazione radar decametrica sulle lune di Giove ha a che fare con le potenti raffiche radiofoniche decametriche provenienti da Giove stesso. Complessivamente, questi segnali sono più di 3.000 volte più forti di qualsiasi altro rilevato nel sistema solare dal resto della galassia.
Rappresentazione artistica di Europa. Credit: NASA/JPL-Caltech
Le onde decametriche di Giove provengono da nubi di particelle elettricamente cariche intrappolate nel campo magnetico di Giove. Per superare i segnali radio ad alto volume di Giove, una missione di sondaggio delle lune di Giove avrebbe bisogno di un trasmettitore relativamente forte, un grosso dispositivo che potrebbe essere difficile da alimentare e montare a bordo dello spazio limitato di un veicolo spaziale.
"La fonte di emissione decametrica di Giove produce più o meno l'equivalente di un megawatt", ha detto l'autore dello studio Andrew Romero-Wolf, un fisico al Jet Propulsion Laboratory della NASA. "E' certamente possibile generare un segnale di tale potenza sulla Terra, ma farlo in prossimità di Giove è una sfida completamente diversa."
Invece di portare un trasmettitore a bordo di un veicolo spaziale per sopraffare i segnali radio di Giove, i ricercatori suggeriscono ora di usare le onde radio decametriche del pianeta gigante per la scansione delle sue lune.
"Possiamo costruire i nostri trasmettitori per cercare gli oceani del sottosuolo con questi sistemi radar penetranti, ma quando Giove è attivo, la sua emissione radio è accecante per questi radar", ha detto Romero-Wolf. "La tecnica che stiamo sviluppando non solo fornisce una soluzione a questo problema, ma potrebbe trasformarsi in un punto di forza."
La missione avrebbe bisogno solo di sistemi a bassa potenza per individuare i segnali radio riflessi dalle lune e degli oceani nascosti al loro interno.
"La grande forza di questa tecnica è che non ha bisogno di un trasmettitore, ma di un semplice ricevitore", ha detto Romero-Wolf. "Un sistema di scansione per gli oceani del sottosuolo nelle lune ghiacciate potenzialmente esiste già. Tutto ciò che dobbiamo fare è andare lì e ascoltare."
La strategia che Romero-Wolf e i suoi colleghi hanno sviluppato prevede il posizionamento di un veicolo spaziale tra Giove e una delle sue lune ghiacciate. La sonda dovrebbe quindi monitorare le emissioni decametriche da Giove così come gli echi di quei segnali riflessi dalla luna ghiacciata. Confrontando i segnali da Giove con gli echi della sua luna, i ricercatori possono determinare lo spessore del guscio ghiacciato della luna e la profondità del suo mare.
"Penso che questo sia uno di quei casi in cui una confluenza di effetti naturali ci offre con una prova per la grande scienza", ha detto Romero-Wolf. "Giove ospita non solo lune ghiacciate che potrebbero contenere gli oceani sotto la superficie, è anche un emettitore radio estremamente luminoso a lunghezze d'onda decametriche. A queste lunghezze d'onda, il ghiaccio sembra essere abbastanza trasparente, fornendo una finestra per visualizzare oceani sotto la superficie."
Tale strategia, in cui si analizzano sia le emissioni radio distanti e i loro echi, è noto come riflettometria interferometrica. E' stata applicata per la prima volta dal radio osservatorio di Dover Heights vicino a Sydney, in Australia, nel 1940 ed è stata concepita a causa delle limitate risorse che gli astronomi avevano a disposizione quando l'osservatorio ha iniziato l'attività, non diversamente dalla situazione affrontata dai progettisti di sonde per lo spazio profondo.
L'atmosfera terrestre può interferire con l'astronomia ottica tradizionale che si concentra sulla luce visibile che le persone possono vedere con i loro occhi. Tuttavia, le atmosfere di queste lune ghiacciate sono sottili e non si prevede che attenuino il segnale radio decametrico in modo significativo.
"Europa ha una ionosfera, uno strato di elettroni liberi, che possono distorcere il segnale radio", ha detto Romero-Wolf. "Tuttavia, questa è anche abbastanza piccola, e non dovrebbe avere un grande impatto sulla nostra capacità di sondare lo strato di ghiaccio."
Gli scienziati hanno ora intenzione di effettuare stime più dettagliate di quanto bene la loro strategia radio potrebbe rilevare oceani nascosti nelle lune ghiacciate di Giove.
Sperano ad esempio di fare osservazioni delle emissioni radio decametriche di Giove dalla Terra, quanto si riflettono dalle superfici delle lune ghiacciate.
"Le nostre stime iniziali indicano che questo potrebbe essere possibile - le misure dovrebbero essere vicine alla sensibilità degli attuali osservatori radio terrestri", ha detto Romero-Wolf. "Se saremo in grado di far funzionare questo sistema, potrebbe fornire preziose informazioni sulle proprietà superficiali delle lune. L'osservazione inequivocabile di un oceano sotto la superficie o di liquidi nel ghiaccio di Europa è solo il primo passo verso l'individuazione della possibilità per la vita", ha detto. "Quello che proponiamo non sarà in grado di dirci se ci sono organismi viventi su Europa, ma potrebbe fornire la prova forte per questa possibilità."
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