Espaçonave: ESA/ATG medialab. Júpiter: NASA/ESA/J. Nichols (Universidade de Leicester). Ganimedes: NASA/JPL. Io: NASA/JPL/Universidade do Arizona. Calisto e Europa: NASA/JPL/DLR
Europa, Ganimedes e Calisto abrigam potenciais oceanos subterrâneos – e vida. Em breve, JUICE os mostrará como nunca antes.
Dominando os planetas com seu volume, o poderoso Júpiter oferece informações importantes sobre a formação de nosso sistema solar. E suas três grandes luas geladas há muito despertam curiosidade, não necessariamente por suas superfícies congeladas, mas pelo que potencialmente existe abaixo: oceanos de água líquida que podem até ser capazes de hospedar vida.
Na sexta-feira (14 de abril), às 7h14. CT, o JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) da Agência Espacial Europeia partiu em uma missão para investigar essas luas geladas. A espaçonave, transportada no topo de um foguete Ariane 5, decolou de um espaçoporto na Guiana Francesa, iniciando sua viagem até as proximidades do gigante gasoso.
JUICE chegará a Júpiter em julho de 2031. Uma vez lá, passará vários anos estudando a Europa congelada, a primordial Calisto e o gigante Ganímedes, determinando como eles se formaram e como se encaixam no sistema joviano mais amplo.
As luas da Galiléia
No inverno de 1609-1610, Galileo Galilei virou sua luneta artesanal para o céu nublado acima de Pádua, a oeste de Veneza, e avistou quatro luas orbitando Júpiter, agora conhecidas como luas galileanas. Eles foram os primeiros satélites naturais já descobertos em torno de outro planeta.
O astrônomo alemão Simon Marius, observando de Ansbach, na Baviera, afirmou ter visto as luas um mês antes. (Hoje, muitos historiadores concordam que Marius provavelmente viu as luas pelo menos na mesma época, se não primeiro, mas falhou em reconhecer o que eram.)
Por fim, Galileu recebeu todo o crédito por ser o primeiro a publicar sua descoberta, em seu livro de março de 1610, Siderius Nuncius, ou The Starry Messenger. Mas Marius teve a satisfação de conceder os nomes das luas: Io, Europa, Ganimedes e Calisto, todos amantes do deus grego Zeus (Júpiter no panteão romano). Galileu rejeitou os nomes, preferindo numerar as luas do mais próximo ao mais distante de Júpiter: I para Io, II para Europa, III para Ganimedes, IV para Calisto. Este sistema de numeração permanece em amplo uso hoje.
Todos circulavam o planeta sincronizadamente, com um hemisfério perpetuamente direcionado para seu colossal hospedeiro e o outro voltado para o frio gelado do espaço profundo. Mas antes da Era Espacial, pouco mais poderia ser aprendido, pois mesmo os melhores telescópios não conseguiam identificar as luas, em vez disso, representavam-nas como escassos pontos de luz.
Nossos primeiros visitantes robóticos, Pioneer 10 e Pioneer 11, que chegaram a Júpiter em dezembro de 1973 e dezembro de 1974, respectivamente, forneceram poucos detalhes adicionais. Não foi até março e julho de 1979, quando as Voyager 1 e 2 visitaram Júpiter, que tivemos uma visão de perto. Mais tarde, a sonda Galileo passou por cada lua várias vezes entre 1996 e 2002.
Mais próximo de Júpiter, Io é a lua estranha – não gelada, mas incrivelmente vulcânica, mais do que qualquer outro mundo do sistema solar. Regularmente espremido e esticado entre Júpiter e suas grandes luas companheiras, Io abriga centenas de vulcões e uma superfície em constante mudança com lagos não de água, mas de lava derretida.
Além de Io estão os gelados Europa, Ganimedes e Calisto. Décadas de pesquisa mostraram que eles têm histórias notavelmente diversas – mas todos compartilham o mesmo segredo: um potencial oceano de água salgada escondido sob um exterior congelado.
Abaixo da superfície
A descoberta da espaçonave Galileo de características semelhantes a geleiras e traços de criovulcanismo em Europa no início de 1997 levou a noções de que bem abaixo de sua crosta dura de granito pode residir uma camada de água líquida ou gelo quente e lamacento de até 100 milhas (150 quilômetros) de profundidade. Sua presença foi ainda mais evidenciada pelas observações do Telescópio Espacial Hubble (HST), indicando a presença consistente de vapor d’água na atmosfera da lua, em um caso atingindo 125 milhas (200 km) acima da superfície antes de cair de volta ao solo. E vários estudos sugeriram que faixas escuras em Europa poderiam ser depósitos de sal deixados pela água do mar derretendo através da crosta e evaporando, reforçando argumentos para um oceano europeu quente – embora alguns cientistas duvidem que as duas camadas já tenham interagido.
Os pesquisadores levantam a hipótese de que o calor da flexão das marés poderia manter o oceano de Europa líquido. Além disso, o interior da lua pode ser quente o suficiente para derreter seu manto rochoso, alimentando vulcões e aberturas subaquáticas. Na Terra, tais características podem fornecer recursos ricos para a vida. (Consulte “Procurando vida em mundos aquáticos” na página 36 para saber mais.)
No entanto, a natureza do oceano hipotético da lua permanece aberta a conjecturas. De fato, diferentes modelos do interior europeu defendem uma crosta tão fina quanto 660 pés (200 metros) em alguns lugares ou tão espessa quanto 20 milhas (30 km).
Enquanto isso, as medições de Galileo do campo magnético de Ganimedes são altamente sugestivas da presença de fluido eletricamente condutor, como um oceano com salinidade equivalente à água do mar terrestre. Galileu também indicou que, como Europa, a superfície de Ganimedes exibe minerais de sal que podem ter sido deixados pela exposição à água salgada. Uma análise de 2015 do campo magnético da lua com base em observações de suas auroras pelo HST sugere que Ganimedes pode abrigar o maior oceano do sistema solar, cerca de 10 vezes mais profundo que os oceanos da própria Terra, a menos de 200 milhas (330 km) abaixo da superfície. Os dados do Hubble indicam que Ganimedes pode possuir uma “pilha” de múltiplas camadas oceânicas separadas por diferentes fases de gelo e se estendendo até seu manto gelado.
Com seu interior mais quente e atividade geológica, muitos pesquisadores veem Europa como o terreno fértil mais provável para a vida potencial no sistema joviano. Mas os cientistas ainda não têm certeza se a espessura de sua crosta impede que a luz solar e o oxigênio cheguem ao oceano subterrâneo. Ganimedes reside mais longe dos cinturões de radiação de Júpiter, o que talvez aumente um pouco sua habitabilidade. E embora seja possível que as reações entre a água e a rocha signifiquem que o oceano de Calisto poderia potencialmente suportar halófilos – organismos amantes do sal encontrados em alguns ambientes da Terra – as insuficientes reservas internas de energia da lua e a “mortalidade” geológica tornam essa perspectiva um pouco menos provável.
Planejando uma visita
A tentadora possibilidade de oceanos salgados no subsolo – e talvez até vida – nessas luas geladas as colocou no topo da lista de desejos dos planejadores de missões por décadas. Em outubro de 2007, a ESA selecionou uma proposta para uma missão chamada Laplace que enviaria um trio de espaçonaves a Júpiter – incluindo uma dedicada a orbitar Europa e outra que faria sobrevoos de Ganimedes e Calisto.
Nesse mesmo ano, a NASA começou a investigar sua própria missão ao sistema de Júpiter. No início de 2009, as duas agências concordaram em realizar uma missão conjunta. A NASA construiria o orbitador Europa de $ 3,8 bilhões, enquanto a ESA construiria uma nave de $ 1 bilhão para realizar voos repetidos de Calisto antes de entrar em órbita em torno de Ganimedes. Os planejadores previram dois lançamentos separados por volta de 2020, chegando a Júpiter no final de 2025 e início de 2026 para três anos de exploração não apenas das luas, mas de todo o sistema joviano.
Astronomia: Roen Kelly
Mas, em março de 2011, a influente pesquisa decenal das Academias Nacionais dos EUA sobre a comunidade científica planetária descobriu que o enorme orçamento para o orbitador Europa da NASA ameaçaria muitas outras missões importantes. Enfrentando cortes orçamentários, a NASA optou por desistir do esforço.
A ESA continuou a perseguir seus planos, reformulando-os mais uma vez para abranger todas as três principais luas geladas: Europa, Ganimedes e Calisto. No entanto, adicionar Europa apresentou um conjunto único de desafios. A proximidade de Europa com Júpiter significa que ela se encontra mais profundamente nos cinturões de radiação que cercam o planeta, exigindo eletrônicos pesados e caros resistentes à radiação. Os projetistas da missão finalmente chegaram a um acordo, segundo o qual a sonda executaria apenas dois sobrevôos em Europa. Esses poucos e breves sobrevoos exporiam minimamente a nave à intensa radiação mais próxima do planeta, o que significa que uma proteção contra radiação mais simples e barata seria suficiente para proteger sua preciosa carga de instrumentos. Os planejadores também ajustaram a órbita da sonda em torno de Júpiter, usando vários sobrevôos de Callisto para aumentar sua inclinação em cerca de 30°, dependendo do perfil final da missão, idealmente permitindo estudar os pólos de Júpiter.
A missão, renomeada JUICE, foi estimada em cerca de 1,1 bilhão de euros (US$ 1,2 bilhão). Recebeu a aprovação da ESA em maio de 2012, com lançamento em maio ou junho de 2022 e oportunidades de backup no ano seguinte. JUICE foi projetado para chegar a Júpiter em 7,6 anos, depois de percorrer 373 milhões de milhas (600 milhões de km). No início de 2013, foram selecionados 10 instrumentos científicos e um experimento. Eles se dividiram em três grupos: quatro instrumentos de sensoriamento remoto, três instrumentos geofísicos e três cargas in-situ.
O conjunto de sensoriamento remoto inclui a câmera JANUS. (JANUS significa Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator, uma frase latina que se traduz em “observação abrangente de Júpiter, seus casos amorosos e descendentes”.) Ele irá capturar a maioria dos alvos em resoluções superiores a 1.300 pés (400 m) por pixel , embora alguns possam ser resolvidos em até 8 pés (2,4 m). JANUS examinará as luas em nível global, regional e local, bem como mapeará as nuvens agitadas de Júpiter.
O espectrômetro visível e infravermelho próximo das luas e imagens de Júpiter (MAJIS) observará nuvens troposféricas, composição de gás e auroras na atmosfera joviana, além de gelos superficiais e minerais em Ganimedes, Europa e Calisto. O Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVS) examinará as atmosferas externas das luas e as auroras e atmosfera superior de Júpiter. O Sub-milimeter Wave Instrument (SWI) alternará seu foco entre os anéis e a atmosfera de Júpiter e as três luas.
O principal carregamento geofísico do JUICE é o GAnymede Laser Altimeter (GALA), que realizará medições topográficas com uma resolução vertical tão fina quanto 3,9 polegadas (10 centímetros) em baixas altitudes. O Radar for Icy Moons Exploration (RIME) irá sondar as estruturas subsuperficiais das luas a uma profundidade de 12 milhas (20 km). O RIME também pode atingir uma resolução vertical tão fina quanto 100 pés (30 m) a uma profundidade de 5,6 milhas (9 km) no gelo. O Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM) usará ondas de rádio para rastrear a força do campo gravitacional de Ganimedes e medir ainda mais a extensão de qualquer oceano subterrâneo nas três luas geladas.
O Particle Environment Package (PEP), Radio and Plasma Wave Investigation (RPWI) e JUICE Magnetometer (J-MAG) estudarão o ambiente magnético e de plasma no sistema joviano, além de investigar como os campos magnéticos de Júpiter e Ganimedes interagem. E o Planetary Radio Interferometer and Doppler Experiment (PRIDE) se comunicará com radiotelescópios terrestres para mapear com precisão a localização da espaçonave no espaço, fornecendo informações detalhadas sobre os campos gravitacionais do planeta e das luas.
Caminho para a exploração
Programado para ser lançado entre 5 e 25 de abril, o JUICE passará três meses concluindo uma fase de comissionamento próximo à Terra. Em seguida, a espaçonave entrará em uma longa fase de cruzeiro que termina em janeiro de 2031, quando começará a se preparar para entrar na órbita de Júpiter. Durante o cruzeiro, haverá pouca entrada da Terra, com um check-in a cada semana. Os instrumentos do JUICE também serão verificados duas vezes por ano durante a longa e escura jornada para Júpiter.
Para chegar ao gigante gasoso, a espaçonave requer uma série de impulsos gravitacionais de quatro encontros planetários. Eles começam com um sobrevôo duplo inédito do sistema Terra-Lua, conhecido como assistência à gravidade lunar-Terra, em agosto de 2024. JUICE receberá primeiro uma assistência de nossa Lua e, 36 horas depois, receberá outra do nosso planeta natal.
Um ano depois, em agosto de 2025, o JUICE passará por Vênus antes que sua órbita solar preguiçosa e circular forneça dois sobrevoos finais à Terra em setembro de 2026 e janeiro de 2029. O JUICE então passará pelo cinturão principal duas vezes, possivelmente passando de perto para o asteróide 223 Rosa em outubro de 2029.
Viajar tão perto e tão longe do Sol impõe demandas críticas à espaçonave e seus painéis solares gêmeos. Cada conjunto compreende cinco painéis de células de arsenieto de gálio, totalizando 915 pés quadrados (85 metros quadrados) e fornecendo 820 watts de eletricidade. Durante o sobrevôo de Vênus, as matrizes devem ser inclinadas para evitar danos causados por temperaturas excessivas, enquanto em distâncias jovianas, a luz solar incidente será 25 vezes mais fraca do que perto da Terra. O isolamento multicamadas de alta eficiência ajudará a moderar as temperaturas externas quando o JUICE estiver mais próximo do Sol e também limitará o vazamento de calor em Júpiter distante.
Chegando ao reino joviano em julho de 2031, o JUICE executará seu primeiro sobrevôo de Ganimedes antes de entrar em uma órbita alongada em torno de Júpiter. Com o tempo, essa órbita será rebaixada e circularizada. Dois encontros com Europa estão marcados para julho de 2032, após os quais a espaçonave aumentará gradualmente sua inclinação através de sobrevoos sucessivos de Callisto entre agosto de 2032 e agosto de 2033. Isso estabelecerá sua transferência para Ganimedes. O JUICE entrará em órbita ao redor da lua gigante em dezembro de 2034 para quase um ano de observações de curto alcance, tornando-se a primeira espaçonave da história a orbitar um satélite natural que não seja a nossa Lua.
Sua órbita inicial em torno de Ganimedes será altamente elíptica, pois o JUICE realiza uma campanha global de mapeamento geológico. A altitude será gradualmente ajustada para 310 milhas (500 km), permitindo que o JUICE investigue o oceano subterrâneo de Ganimedes e o interior mais profundo, bem como sua camada de gelo, atmosfera e ambiente de plasma. Depois que seu propulsor finalmente acabar, o JUICE afetará naturalmente a superfície de Ganimedes no final de 2035.
Como a primeira incursão independente da Europa além do cinturão de asteróides, JUICE é de tirar o fôlego em seu escopo e fascinante em sua ousadia. A décima espaçonave a visitar o sistema joviano, segue os passos das que vieram antes, mas conquistará seu próprio nicho importante nos livros de história como a melhor chance de encontrar oceanos de água – e vida – além de nosso pequeno pedaço do planeta. sistema solar.
Publicado em 24/04/2023 11h44
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