OdkądCassini misja weszła do układu Saturna i zaczęła badać jego księżyce, Enceladus stał się głównym źródłem zainteresowania. Gdy sonda wykryła smugi wody i cząsteczki organiczne wytryskujące z południowego regionu polarnego Księżyca, naukowcy zaczęli spekulować, że Enceladus może posiadać ocean ciepłej wody w swoim wnętrzu - podobnie jak księżyc Jowisza Europa i inne ciała w naszym Układzie Słonecznym.
W przyszłości NASA ma nadzieję wysłać kolejną misję do tego systemu, aby dalej badać te pióropusze i wnętrze Enceladusa. Ta misja prawdopodobnie będzie obejmować nowy instrument, który niedawno został ogłoszony przez NASA, znany jako Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI). Ten instrument, który został zaproponowany przez zespół z NASA Goddard Space Flight Center, otrzymał ostatnio wsparcie dla dalszego rozwoju.
Przed Cassini misji naukowcy sądzili, że powierzchnia Enceladusa była zamrożona. Jednak, Cassini dane ujawniły lekkie wahanie na orbicie księżyca, co sugeruje obecność wewnętrznego oceanu. Podobnie jak Europa, jest to spowodowane siłami pływowymi, które powodują zginanie rdzenia, który wytwarza wystarczającą ilość ciepła, aby zatrzymać płynną wodę we wnętrzu. Wokół bieguna południowego powoduje to pękanie lodu i tworzenie szczelin.
The Cassini misja odkryła również pióropusze emanujące z około 100 różnych szczelin, które nieustannie wyrzucają lodowe cząstki, parę wodną, dwutlenek węgla, metan i inne gazy w kosmos. Aby dokładniej je przestudiować, NASA opracowała ambitne instrumenty, które będą opierać się na falach milimetrowych lub częstotliwościach radiowych (RF) w celu określenia ich składu i uzyskania dodatkowych informacji na temat wewnętrznego oceanu Enceladusa.
Według głównego badacza SELFI Gordona Chin, SELFI stanowi znaczącą poprawę w stosunku do istniejących urządzeń submilimetrowych. Po wdrożeniu będzie mierzyć ślady chemikaliów w pióropuszach wody i lodowych imprez, które okresowo emanowały z południowych szczelin Enceladusa, znanych również jako „Tygrysie Paski”. Oprócz ujawnienia składu chemicznego oceanu, instrument ten wskaże również, że może on podtrzymywać życie.
Na Ziemi w otworach hydrotermalnych żyją kwitnące ekosystemy, a nawet podejrzewa się, że są miejscem, w którym życie pojawiło się na Ziemi. Dlatego naukowcy tak chętnie badają aktywność hydrotermalną na księżycach takich jak Enceladus, ponieważ mogą one stanowić najbardziej prawdopodobne miejsce do znalezienia życia pozaziemskiego w naszym Układzie Słonecznym. Jak Chin wskazał w oświadczeniu prasowym NASA:
„Długości fal submilimetrowych, które mieszczą się w zakresie fal radiowych o bardzo wysokiej częstotliwości, umożliwiają nam pomiar ilości różnych rodzajów cząsteczek w zimnym gazie. Możemy skanować wszystkie pióropusze, aby zobaczyć, co wychodzi z Enceladusa. Para wodna i inne cząsteczki mogą ujawnić chemię oceanu i poprowadzić statek kosmiczny na najlepszą ścieżkę, aby latać przez pióropusze i dokonywać innych pomiarów bezpośrednio ”.
Cząsteczki takie jak woda, dwutlenek węgla i inne pierwiastki emitują określone częstotliwości radiowe, na które wrażliwe są spektrometry submilimetrowe. Linie widmowe są bardzo dyskretne, a intensywność ich emisji można wykorzystać do kwantyfikacji ich istnienia. Innymi słowy, przyrządy takie jak SELFI będą mogły nie tylko określić skład chemiczny oceanu wewnętrznego Enceladusa, ale także obfitość tych chemikaliów.
Przez dziesięciolecia w naukach kosmicznych wykorzystywano spektrometry do pomiaru składu chemicznego planet, gwiazd, komet i innych celów. Ostatnio naukowcy próbują uzyskać widma z odległych planet w celu określenia składu chemicznego ich atmosfery. Ma to zasadnicze znaczenie, jeśli chodzi o znalezienie potencjalnie nadających się do zamieszkania egzoplanet, ponieważ para wodna, azot i gazowy tlen są niezbędne do życia, jakie znamy.
Wykonywanie skanów w paśmie submilimetrowym jest jednak stosunkowo nowym procesem, ponieważ instrumenty wrażliwe na submilimetry są złożone i trudne do zbudowania. Ale przy pomocy funduszy NASA na badania i rozwój Chin i jego koledzy zwiększają czułość instrumentu za pomocą wzmacniacza, który zwiększy sygnał do około 557 GHz. Umożliwi to SELFI wykrycie nawet najmniejszych śladów wody i gazów pochodzących z powierzchni Enceladusa.
Inne ulepszenia obejmują bardziej energooszczędny i elastyczny system przetwarzania danych o częstotliwości radiowej, a także wyrafinowany cyfrowy spektrometr sygnału RF. To ostatnie ulepszenie zastosuje szybki programowalny zespół obwodów do konwersji danych RF na sygnały cyfrowe, które można analizować w celu pomiaru ilości gazu, temperatur i prędkości z pióropuszy Enceladusa.
Te udoskonalenia pozwolą SELFI jednocześnie wykrywać i analizować 13 różnych rodzajów cząsteczek, które obejmują różne izotopy wody, metanolu, amoniaku, ozonu, nadtlenku wodoru, dwutlenku siarki i chlorku sodu (alias. Sól). Poza Enceladusem Chin uważa, że zespół może w wystarczającym stopniu ulepszyć instrument na proponowane przyszłe misje. „SELFI jest naprawdę nowy” - powiedział. „To jeden z najbardziej ambitnych instrumentów submilimetrowych, jakie kiedykolwiek zbudowano.”
Na przykład w ostatnich latach naukowcy zauważyli aktywność pióropuszów pochodzących z powierzchni Europy. Tutaj również uważa się, że ta aktywność jest wynikiem aktywności geotermalnej, która wysyła ciepłe pióra z wewnętrznego oceanu księżyca na powierzchnię. Już teraz NASA ma nadzieję zbadać te pióropusze i te na Enceladusie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który zostanie wdrożony w 2019 roku.
Inną możliwością byłoby wyposażenie proponowanego modelu Europa Clipper - który ma zostać wprowadzony na rynek w latach 2022–2025 - w instrument taki jak SELFI. Pakiet instrumentów dla tej sondy wymaga już spektrometru, ale udoskonalone urządzenie fali submilimetrowej i RF mogłoby pozwolić na bardziej szczegółowe spojrzenie na smugi Europy. Te dane z kolei mogą rozwiązać trwającą od dziesięcioleci debatę na temat tego, czy wnętrze Europy jest w stanie utrzymać życie.
W nadchodzących dziesięcioleciach jednym z największych priorytetów eksploracji kosmosu jest zbadanie „światów oceanów” Układu Słonecznego pod kątem oznak życia. Aby to sprawdzić, NASA i inne agencje kosmiczne są zajęte opracowywaniem niezbędnych narzędzi do wykrywania wszystkich chemicznych i biologicznych wskaźników. W ciągu dekady, przy odrobinie szczęścia, możemy po prostu stwierdzić, że życie na Ziemi nie jest wyjątkiem, ale częścią większej normy.
