A missão JUICE da Agência Espacial Europeia visa espiar sob as superfícies das luas de Júpiter para determinar se algo pode estar vivendo nas águas abaixo.
Nas profundezas do oceano salgado, o fundo do mar está rachado. Gases quentes das camadas abaixo borbulham na água, sustentando colônias de vida microbiana que estão sobrevivendo longe da superfície banhada pelo sol.
Isso pode soar como uma cena do fundo dos vastos oceanos da Terra, mas na verdade é uma possível descrição de Europa – uma das luas geladas que orbitam Júpiter. E graças à próxima missão Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), podemos finalmente ter a oportunidade de descobrir o quão precisa é essa descrição.
Os astrobiólogos – cientistas que procuram sinais de vida além dos limites do nosso planeta – há muito aderem a um mantra simples: siga a água. Isso porque todos os seres vivos na Terra, desde a menor bactéria até a poderosa baleia azul, precisam de água líquida para sobreviver. Embora a vida alienígena sem água possa ser possível, procurar esse casamento molecular entre hidrogênio e oxigênio é um excelente ponto de partida.
Na busca por H2O, muito se falou da zona habitável – o anel estreito em torno de uma estrela onde a temperatura é ideal para a água líquida. A Terra fica nessa região, então a maior parte de nossa água não congela nem ferve. Mas a zona habitável é um conceito imperfeito.
“Pelo menos cinco objetos no Sistema Solar externo têm oceanos subsuperficiais”, diz Mark Fox-Powell, astrobiólogo da Open University. Todos estão muito além dos limites da zona habitável tradicional. Três desses oceanos podem ser encontrados sob as superfícies de um trio de luas de Júpiter: Europa, Ganimedes e Calisto. Júpiter tem uma zona habitável própria. O calor necessário não vem do Sol, mas da gravidade de Júpiter. Ele expande e contrai as luas, aquecendo-as como bolas de squash.
Embora tenhamos estado no sistema joviano muitas vezes, essas luas raramente foram a principal atração. “A última vez que estivemos lá estudando-os diretamente foi com a espaçonave Galileo na década de 1990”, diz Fox-Powell. Em vez disso, o foco tende a recair no próprio planeta gigante. Mas agora há JUICE, uma missão dedicada a seus satélites gelados.
A nave espacial
No coração da missão JUICE está uma espaçonave construída pela Agência Espacial Europeia (ESA). Tem uma ligeira semelhança com um pássaro gigante, com asas de painéis solares que se estendem em ambos os lados do corpo principal da espaçonave. A luz do sol em Júpiter é 30 vezes mais fraca do que a luz que chega à Terra, então os painéis precisam ser grandes. Eles cobrem uma área igual a 85m², ou cerca de metade do tamanho de uma quadra de vôlei.
Sua antena de três metros de diâmetro enviará os dados que o JUICE coleta de volta ao controle da missão, embora leve quase duas horas para viajar os mais de meio bilhão de quilômetros até a Terra.
A ESA estava trabalhando para lançar JUICE em 2022 até a pandemia de coronavírus. Em vez da decolagem planejada, o próximo ano agora verá uma atividade frenética, enquanto a ESA luta para recuperar o tempo perdido durante o bloqueio e fazer os preparativos finais necessários para preparar a missão histórica para seu lançamento remarcado em 2023.
O plano original era que JUICE tomasse uma rota complicada, envolvendo cinco passagens pela Terra, Vênus e Marte para usar o poder gravitacional dos planetas para lançar a espaçonave em direção a Júpiter, uma jornada que deveria levar 7,5 anos. A ESA ainda não revelou detalhes exatos da nova linha do tempo, mas JUICE deve chegar a Júpiter no início da década de 2030. Uma vez lá, passará pelo menos três anos explorando Europa, Ganimedes e Calisto. A ela se juntará a missão Europa Clipper da NASA, atualmente programada para lançamento em 2024 e chegada em abril de 2030.
As luas de Júpiter
Nós sabemos sobre essas luas há muito tempo. Junto com Io – o lugar mais vulcanicamente ativo do Sistema Solar – Europa, Ganimedes e Calisto formam as chamadas “luas galileanas”, vistas pela primeira vez pelo astrônomo italiano Galileu no início do século XVII.
Do trio que JUICE vai focar, Europa tende a roubar os holofotes. “É definitivamente o garoto-propaganda das luas galileanas”, diz Fox-Powell. Isso porque sob sua crosta gelada fica um oceano que contém mais água líquida do que todos os mares, lagos e rios da Terra juntos. Se há vida nadando em nossos oceanos, o mesmo pode acontecer com Europa?
Parte do problema é que o oceano está escondido sob uma superfície espessa e gelada. “Não podemos acessá-lo diretamente”, diz Fox-Powell. Felizmente, os cientistas pensam que a crosta gelada e a água estão interagindo, um pouco como a rocha derretida sob a superfície da Terra que rompe durante a atividade vulcânica. “Isso significa que podemos usar material na superfície para estudar os oceanos indiretamente”, diz Fox-Powell.
Podemos até coletar uma amostra desse material, apesar de o JUICE não conseguir pousar na Europa. A espaçonave está carregando 10 instrumentos de alta precisão para Júpiter, incluindo o Particle Environment Package (PEP). “Ele foi projetado para estudar poeira e outras moléculas que foram levantadas da superfície”, diz Fox-Powell. “Não é impossível que, se esse material veio dos oceanos, possa conter moléculas que são indicativas de vida.”
Se houver organismos nos oceanos de Europa, eles precisarão de uma fonte de energia. Escondidos sob a crosta gelada, eles não conseguem obter essa energia do Sol. Fox-Powell vê duas opções potenciais. O sistema joviano é um ambiente inundado com níveis intensos de radiação à medida que o campo magnético de Júpiter lança e afunila partículas de alta energia ao redor.
“Qualquer material oceânico que acabe na superfície será irradiado”, diz Fox-Powell. Isso muda a química do gelo. Um cenário provável é que a radiação esteja quebrando a água em hidrogênio e oxigênio, com esse oxigênio potencialmente vazando de volta para o oceano abaixo. Outros subprodutos potenciais incluem compostos contendo o elemento enxofre. “Na Terra, eles são conhecidos por sustentar a vida microbiana”, diz Fox-Powell. JUICE nos ajudará a aprender mais sobre esse limite oceano-superfície e até que ponto as condições são adequadas para a biologia.
Alternativamente, a vida pode ter colonizado o fundo do oceano. Na Terra, existem comunidades inteiras de organismos que prosperam no fundo do mar sem qualquer luz solar. A fonte de sua energia são as fontes hidrotermais – rachaduras na fronteira entre o oceano e o interior quente da Terra. JUICE pode nos ajudar a ver o quão geologicamente ativo é o interior de Europa.
Uma oportunidade de pesquisar Callisto
Embora a Europa atraia a maior parte da atenção do público, não é o principal alvo da JUICE. A missão só passará por Europa duas vezes, mas passará por Callisto em 12 ocasiões. Calisto é a mais externa das quatro luas galileanas, por isso é menos afetada pela gravidade e radiação de Júpiter. Em contraste com Europa, cuja superfície é constantemente remodelada pelo material que brota do gelo, Calisto tem a superfície mais antiga do Sistema Solar. Inalterado por bilhões de anos, é marcado por mais crateras de impacto do que qualquer outro corpo orbitando o Sol.
Os astrônomos suspeitam que um oceano de 200 km de profundidade esteja abaixo da superfície antiga de Calisto. É aqui que o instrumento Radar for Icy Moons Exploration (RIME) da JUICE se destacará. Ele transmitirá ondas de rádio que podem penetrar nas conchas geladas das luas galileanas até uma profundidade de cerca de nove quilômetros. Da forma como as ondas de rádio são refletidas de volta, devemos ser capazes de aprender mais sobre as estruturas internas das luas.
Outra abordagem será fornecida pelo instrumento Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM). Ele medirá os campos gravitacionais de Calisto e de outras luas geladas, o que revelará como diferentes camadas de material – incluindo água – estão empilhadas dentro delas.
JUICE também usará Callisto para uma vantagem. Os controladores da missão usarão a gravidade da lua para aumentar a inclinação da espaçonave em cerca de 30° para que ela possa ver melhor as regiões polares de Júpiter – a fonte do vasto e intenso campo magnético de Júpiter.
Procurando por campos magnéticos
É o magnetismo que determinou onde JUICE passará a maior parte de seu tempo: Ganimedes. Junto com uma dúzia de sobrevoos, a espaçonave também entrará em órbita ao redor de Ganimedes e permanecerá lá por oito meses. Será a primeira vez que uma espaçonave da Terra orbitará uma lua diferente da nossa.
“Ganymede é o corpo mais excitante do Sistema Solar”, diz a professora Michele Dougherty, do Imperial College London. Por um lado, é maior do que qualquer outra lua. Na verdade, é maior que o planeta anão Plutão e o planeta Mercúrio. Como Europa, também acredita-se que tenha um oceano subsuperficial que contém mais água do que temos na Terra.
No entanto, é o magnetismo de Ganimedes que é a principal atração. É único entre as luas do Sistema Solar por ter um campo magnético próprio. Dougherty é o investigador principal do J-MAG – um instrumento no JUICE para medir campos magnéticos. O J-MAG está localizado no final de uma lança de 10,6 m de comprimento para mantê-lo longe da interferência magnética da espaçonave principal. Seus eletrônicos sensíveis estão trancados dentro de um cofre revestido de chumbo para protegê-los da intensa radiação de Júpiter.
Dougherty quer medir o campo magnético de Ganimedes em detalhes, incluindo como ele interage com o próprio campo magnético de Júpiter. Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble detectaram atividade auroral em Ganimedes. O equivalente das luzes do norte e do sul da Terra, as auroras devem oscilar em torno dos pólos de Ganimedes devido à influência do magnetismo de Júpiter.
Que não, sugere um oceano subsuperficial de água salgada em Ganimedes que está conduzindo eletricidade e contrabalançando o poder magnético de Júpiter. Estudar o campo magnético de Ganimedes pode fornecer mais pistas sobre o tamanho e a natureza desse oceano. Por sua vez, isso pode nos ajudar a entender se é um lugar que pode abrigar vida alienígena.
Separar o campo magnético de Ganimedes do de Júpiter está longe de ser simples, principalmente considerando o quanto o planeta domina seus satélites circundantes. “É como tentar encontrar agulhas no palheiro”, diz Dougherty, “mas elas mudam de tamanho, forma e cor o tempo todo”. Ainda assim, ela está confiante de que a equipe pode conseguir. Os sobrevoos serão usados para praticar, com os dados realmente importantes chegando assim que o JUICE se estabelecer em órbita ao redor de Ganimedes. “Os resultados serão espetaculares”, diz Dougherty.
Existe vida em outros lugares do Sistema Solar?
Se ela estiver certa, será a maior conquista no final de uma longa e sinuosa estrada. Dougherty esteve anteriormente envolvido em outra espaçonave emblemática: a missão Cassini a Saturno. As discussões sobre JUICE começaram a sério em 2008, quando a Cassini já estava em Saturno há quatro anos.
Foi uma das luas de Saturno – Encélado – que fez as pessoas se sentarem e prestarem atenção. “Minha equipe foi fundamental para descobrir que Enceladus tem nuvens de vapor de água”, diz Dougherty. A água de um oceano subterrâneo estava sendo cuspida no espaço, mostrando que é possível encontrar água além da zona habitável tradicional.
“As descobertas em Encélado nos mostraram que focar nas luas dos planetas externos era uma boa coisa a se fazer.” Logo um plano foi elaborado para obter uma visão mais próxima das luas geladas de Júpiter. Não que tudo tenha sido simples. Em um ponto durante a pandemia, com os laboratórios fechados, a equipe de Dougherty estava construindo partes do J-MAG em suas mesas de cozinha. “Construir um instrumento é sempre estressante, mas a pandemia levou esse estresse para o próximo nível”, diz ela.
Esse esforço é ainda mais notável, pois a equipe acabará por destruir todo esse trabalho duro. Em algum momento de 2034, a espaçonave provavelmente ficará sem propulsor. Sem combustível, os cientistas não poderão mais manobrá-lo ao redor do sistema joviano. Assim, a equipe fará o que foi feito antes com espaçonaves como a Cassini e a missão MESSENGER para Mercúrio: derrubá-la deliberadamente.
Ao bater na superfície de Ganimedes, JUICE fornecerá um experimento final para ver do que essa lua gigantesca é feita. Seus dias de exploração das luas geladas de Júpiter terminarão, mas os cientistas continuarão a se debruçar sobre a coleção de dados valiosos do JUICE por muito tempo depois. “Em 20 anos, nossa compreensão dessas luas será diferente”, diz Fox-Powell. “JUICE vai proporcionar uma verdadeira revolução.” Poderia, finalmente, nos dizer se estamos ou não sozinhos neste vasto e muitas vezes surpreendente Sistema Solar.
Publicado em 29/01/2022 20h07
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