Miksi tappaa Cassini? Saturnuskoettimen kohtalo harkittu huolellisesti

15. syyskuuta 2017, kello 8.08 EDT (1208 GMT), NASA: n Jet Propulsion Laboratoryn, Pasadenassa, Kaliforniassa, ohjaimet odottavat vastaanottavansa viimeisen signaalin 3 miljardin dollarin Cassini-Huygens-operaatiosta. Kun signaali lakkaa, ihmiset maapallolla tietävät, että avaruusalus on saavuttanut loppunsa roskajuonena Saturnuksen taivaalla.

Cassini tulee tahallaan hajonnut Saturnuksen ilmakehään . Koetin - NASA: n, Euroopan avaruusjärjestön ja Italian avaruusjärjestön yhteinen ponnistus - uhraa itsensä estääkseen onnettomuuden, joka voi saastuttaa yhden Saturnuksen kuista, joissa syntyperäinen elämä voi olla olemassa tai saattaa joskus kehittyä. Cassini löysi nestemäisen veden valtameren Enceladuksen jäisen pinnan alla, ja kenties oman menestyksensä uhri, hänen on kuoltava estääkseen mahdolliset mahdollisuudet, että sen lämpimät sähkögeneraattorit voivat sulaa tiensä näihin elämänystävällisiin vesiin. Mutta tuomiota avaruusaluksen tuomitsemisesta ei tehty kevyesti. [ Cassinin uusimmat Saturnus -kuvat ]



Cassinin kohtalon päättäminen

Vuonna 2009 Cassinin johtajat tarkastelivat erilaisia ​​'mitä seuraavaksi?', Kun päätehtävä oli suoritettu ja täysin terve avaruusalus 27 kuukaudeksi pidennettyyn tehtävään. vaihtoehtoja. Radan mallintaminen osoitti, että Cassini olisi voitu lähettää tutkimaan jääjättiläisiä planeettoja, joita avaruusalus ei ole vieraillut sen jälkeen. Voyager 2: n nopeat lentomatkat Uranuksesta talvella 1986 ja Neptunuksesta kesällä 1989.

Vaihtoehtoisesti Cassini olisi voitu ohjata sisäänpäin tutkimaan jättiläistä Jupiteria ja sen monia kuita, pyöristäen tieteen, joka alkoi NASAn Galileo-operaatiossa vuonna 1995. Galileon suuri suuritehoinen antenni ei ollut koskaan avautunut kunnolla, mikä pienensi dramaattisesti avaruusaluksen lähettää kotiin. Galileo hajotettiin tarkoituksella Jupiterin ilmakehään syyskuussa 2003 estääkseen Cassinin pään Saturnuksen edeltäjän, märän kuun Europa vahingossa tapahtuvan saastumisen. (NASAn Juno -tehtävä kerää nyt tietoja Jupiterin pilvien yläosien toistuvien läheisten lentojen aikana.)

Tai Cassini olisi voitu lähettää ulos tutkimaan muutamia kentaureja. Nämä ovat suuria, komeetan ytimen kaltaisia ​​kappaleita, jotka asuvat Jupiterin ja Uranuksen kiertoradan välisellä alueella. Kentaurit ovat todennäköisesti samanlaisia ​​kuin Kuiperin vyöhykkeen esineet, kuten kääpiö planeetta Pluto ja sen erittäin suuri kuu Charon, joita pidetään aurinkokunnan ns. Kolmannen valtakunnan asukkaina.

Mutta Saturnuksen ratkaisemattomat tieteelliset mysteerit saivat Cassinin ohjaajat innostumaan. Niinpä vuonna 2010 lähetystyöryhmä kehitti innovatiivisen, monimutkaisen kiertokampanjan saadakseen mahdollisimman paljon tiedettä Saturnusjärjestelmästä. [Cassinin Grand Finale Saturnuksessa: NASAn suunnitelma kuvina]

Cassini-Huygensin terälehti

Terälehti Cassini-Huygensin kiertorata koko tehtävää varten, joka tunnetaan JPL-tiimin 'lankapallona'. Vihreä = päätehtävä (2004-2008), oranssi = päiväntasausoperaatio (2008-2010), violetti = päiväseisaus (2010-2017, mukaan lukien Grand Finale -sukellus Saturnuksen ilmakehään).(Kuva: NASA/JPL-Caltech/Erick Sturm)

Tämän älykkään painovoiman ja hitauden kukinnan - jota kutsutaan päiväseisauksen tehtäväksi - annetaan tutkijoiden tutkia Saturnuksen vuodenaikojen muutoksia ja lopulta katsella planeetan muuttuvan puolen vuoden aikana. (Koko vuosi Saturnuksella on lähes 29,5 maapallon vuotta.) Katsomalla planeetan molempia pallonpuoliskoja tiedeyhteisö näki kaikki neljä vuodenaikaa vain puolet Saturnuksen aurinkokierroksesta.

Kuoleman kierre tieteelle

Pitkäaikainen oleskelu Saturnuksessa tarkoitti, että Cassini loppuisi jonain päivänä rakettipolttoaineesta ja ajautuisi hallitsemattomaksi. Liikkumiseen Cassini asettaa varovasti monometyylihydratsiinin kosketukseen typpitetroksidin kanssa, joka hapettaa (polttaa) sen spontaanisti. On vain yksi tie ulos: rakettisuuttimen kautta. Tämä tuottaa vektoroidun työntövoiman.

Kun katsomme tulevaan päivään, jolloin näiden 'hypergolisten' kemikaalien aluksella olevat myymälät olisivat lähes tyhjentyneet, operaation johtajat päättivät lopullisen 'kuolemanspiraalin' kiertorata. Tämä silmukointi 'Grand Finale' antaisi Cassinin purjehtia Saturnuksen pilvipeitteiden ja sen sisimpien renkaiden välissä - tuntematonta aluetta pidettiin liian riskialtisena tutkiakseen aiemmin tehtävässä. Suunnitelmana on, että Cassini suorittaa 22 näistä rohkeista sukelluksista aukon läpi. (17. heinäkuuta Cassini oli suorittanut 13 tällaista syöksyä.)

Me vai he?

Planeettojen suojelu toimii molempiin suuntiin: Todennäköisyys tartuttaa toinen maailma maapallolla olevilla mikrobeilla ei voi koskaan olla nolla. Mahdollisuutta tuoda ei-natiivi 'vika' kotiin maan päälle palaavalla avaruusaluksella ei voida myöskään poistaa. Jotkut tutkijat väittävät, että materiaali on siirtynyt planeetalta planeetalle aurinkokunnan alusta lähtien, joten ei ole syytä huoleen. Toiset ovat syvästi huolissaan tahattomista seurauksista.

Cassini-Huygens-operaatio käynnistyi 20 Maata vuotta sitten. Näiden kahden vuosikymmenen aikana planeettojen tiedeyhteisön asenne on muuttunut suurempaan varovaisuuteen, jos ristikontaminaation mahdollisuus on olemassa. Tämä näkemys ei perustu ensisijaisesti altruistiseen tavoitteeseen sallia mahdollisen vieraan biologian kehittyä omalla kurssillaan (vaikka jotkut tiedemiehet kannattavat tätä ajatusta). Laajempi perustelut vahvistavat, että on elintärkeää tietää, onko jokin ulkopuolinen elämä - joka saattaa joskus löytyä kuulta, planeetalta tai komeetasta - syntynyt riippumattomasta alkuperästä.

Sillä ei ole väliä, onko kyseessä monimutkainen eläin tai yksinkertainen mikrobi: Jos ulkomaalainen ei käytä samaa biomolekyyliluokkaa kuin maan elämä (esimerkiksi DNA), sen evoluutio oli lähes varmasti erillinen maan kehityksestä - todellinen sekunti geneesi. '' Mutta jos sillä on samanlainen geneettinen rakenne, joko meillä oli yhteinen alkuperä (todennäköisesti jossain muualla avaruudessa) tai avaruusaluksemme ovat saastuttaneet näytteen, emmekä koskaan tiedä varmasti. Tämä jälkimmäinen tapaus on painajaisskenaario astrobiologeille.

Cassini kuljetti ja lähetti Huygens-koettimen, joka laskeutui pehmeästi Saturnuksen suurimman kuun, Titanin, pinnalle tammikuussa 2005. Kun Cassini ja Huygens suunniteltiin ja rakennettiin 1990-luvulla, ei ollut juurikaan epäilystä siitä, että Saturnuksen kuilla voisi olla elämää ylläpitävä ympäristöihin. Ei ollut juurikaan huolta siitä, että Huygens-koetin voisi saastuttaa Titanin metaanipitoisen pinnan. Saturnusjärjestelmässä ei tuolloin tiedetty vesimereitä. [Landing on Titan: Kuvia Huygens Probe: lta Saturn Moonilla]

Cassini itse havaitsi myöhemmin, että Titan saattaa peittää tällaisen meren pinnan alla. Ja pieni 'lumipallo' kuu Enceladus sulkee lähes varmasti yhden. No, melkein sulkeutuu: Enceladus suihkuttaa vesijään geysirit avaruuteen, joista osa laskeutuu takaisin kuun pinnalle lumen muodossa, mikä tekee siitä heijastavimman planeetan objektin aurinkokunnassa.

Cassinin havaintojen-ja Phoenix Mars -laskurin, Mars Global Surveyorin ja Mars Reconnaissance Orbiterin havaintojen avulla-jotka havaitsivat merkkejä ohimenevästä nestemäisestä vedestä nykyisellä Punaisella planeetalla-tiukemmat ohjeet planeettojen suojelusta julkaistiin Kansainvälinen avaruustutkimuskomitea (COSPAR) vuonna 2009. COSPAR on valtuutettu Yhdistyneiden kansakuntien ulkoavaruussopimuksen IX artiklassa. Nämä säännöt asetettiin Enceladus , yhdessä Marsin ja Jupiterin kuun Europa kanssa, suoraan niiden elinten luettelossa, joiden biologista saastumista ei pitäisi sallia. Kaikkia näitä maailmoja pidettiin paikkana, jossa 'avaruusaluksen kuljettama saastuminen voisi vaarantaa tulevan etsinnän'. Jokaisella oli luonnollisia prosesseja, joiden avulla laskeutumislaitteille - tai kaatuneille - saapuvat 'viat' voivat löytää tiensä elinympäristöihin, joissa mikrobit voivat selviytyä ja lisääntyä.

Enceladuksen jäisen pinnan alla kuumenee nestemäistä vettä, kun se imeytyy merenpohjan kiven läpi. Mineraaleilla täytetty lämmin vesi luo savupiipun kaltaisia

Enceladuksen jäisen pinnan alla kuumenee nestemäistä vettä, kun se imeytyy merenpohjan kiven läpi. Mineraaleilla täytetty lämmin vesi luo savupiippumaisia ​​'hydrotermisiä tuuletusaukkoja'. Osa tästä vedestä liikkuu kuoren halkeamien kautta, ja se valuu avaruuteen jäisten kiteiden geysereinä, joten Cassinin instrumentit voivat analysoida sen.(Kuva: NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute)

Aivan kuin kotelo olisi suljettu, Cassini löysi alkuvuodesta 2017 piidioksidijyviä ja vetykaasua Enceladuksen yläpuolella olevista jääpaloista, mikä osoittaa, että hydrotermiset tuuletusaukot merenpinnan alapuolella. Tällaiset tuuletusaukot maapallolla ovat osoittautuneet elämän keitaiksi, jotka jakavat lämpöä, ravinteita ja sekoitusvirtoja. Nämä 'mustat tupakoitsijat' ja 'valkoiset tupakoitsijat' tukevat rikkaita eliöyhteisöjä, jotka ovat lähes täysin eristetty muista monien kilometrien karuista valtameristä.

Lämmin tie alas

Tietyt Cassinin sisäisten vesijohto- ja muiden järjestelmien osat pidetään tarkoituksella lämpiminä; liftatut bakteerit olisivat voineet pysyä suojattuna erittäin alhaisilta lämpötiloilta. On vahvaa näyttöä siitä, että jotkut bakteerit voivat selviytyä auringon ja muun avaruussäteilyn voimakkaasta ultraviolettivalosta. (Tunnettu väite, joka on peräisin vuoden 1969 Apollo 12 -tehtävästä, että maapallon bakteerit voivat palata eloon yli kahden ja puolen vuoden kuluttua ankarassa kuussa, osoittautuu lähes mahdottomaksi toistaa, koska tutkijat ovat käyttäneet laboratoriokäytäntöjä tällä hetkellä.)

Insinöörit asentavat yhden Cassinista

Insinöörit asentavat yhden Cassinin kolmesta radioisotooppisesta lämpösähkögeneraattorista Floridan Cape Canaveralin ilmavoimien Launch Complex 40: n puhtaaseen huoneeseen 9. lokakuuta 1997, kuusi päivää ennen laukaisua.(Kuva: NASA)

Cassini saa sähkötehon kolmesta radioisotooppisesta lämpögeneraattorista (RTG), jotka kääntävät hajoavan plutoniumdioksidin lämpöä. Nämä RTG -laitteet ovat kuumia ja raskaita. RTG -laitteita ei saa jäähdyttää muuten kuin omalla radioaktiivisella hajoamisellaan; plutonium-238: n puoliintumisaika on lähes 88 vuotta. Jos vene törmäisi Enceladuksen kaltaisen kylmän kuun pinnalle, RTG: t voisivat helposti sulattaa polun kymmenien kilometrien jään läpi ja syöksyä alla olevaan nestemäiseen veteen, vaikka tämä voi viedä kauan.

Paras aikomus

Avaruusvirastot palkkaavat mikrobiologeja pitämään kirjaa ja näytteitä bakteereista, jotka voivat selviytyä puhtaissa tiloissa, joissa avaruusalukset on koottu. Ajatuksena on rajoittaa huolellisesti - ja nimenomaan luetteloida - lajit, jotka voivat hiipiä kyytiin. Jos elämää löytyy avaruudesta, se on tarkistettava tätä tavallisten epäiltyjen joukkoa vastaan, ennen kuin se voidaan julistaa maan ulkopuoliseksi.

On myös mahdollista, että tiukka avaruusalusten sterilointi voisi todella rohkaista sellaisten mikrobien kehittymistä, jotka ovat kestävämpiä ja kestävämpiä kovaa tyhjiötä, laajoja lämpötilan vaihteluita ja avaruuden ankaria säteilyolosuhteita vastaan. On kaukana mahdollista, että planeettasuojelun nimissä pahennamme ristikontaminaation vaikutuksia.

Katso syvemmälle kaikkeen, mitä Cassini löysi 13 vuoden aikana Saturnusjärjestelmässä, katso ' Saturnuksen valtakunta - Cassinin eeppinen etsintä '', 73 minuutin dokumentti, joka on saatavilla Amazon Xive-TV: ssä.

Kirjoittaja, @DavidSkyBrody, on kirjailija ja ohjaaja Saturnuksen valtakunta - Cassinin eeppinen etsintä '', dokumentti, joka palauttaa mieleen Amazon Xive-TV: n tehtävän. Brody oli aiemmin demokratija.euin ja LiveScience.comin emoyhtiön Purchin toimitusjohtaja.

Seuraa tätä kirjoittajaa @DavidSkyBrody . Seuraa meitä @Spacedotcom , Facebook ja Google+ . Alunperin julkaistu demokratija.eu .