venerdì, Novembre 18
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Uno sciame di robot nuotatori cercherà la vita negli oceani di Europa

La NASA ha recentemente finanziato un ingegnere del JPL di Pasadena in California, specializzato in robotica, per sviluppare il concetto di robot in grado di muoversi nelle profondità di Europa alla ricerca di vita.

Quello di Giove è davvero un sistema magnifico, caratterizzato dalla presenza di decine e decine di lune, quattro delle quali: Io, Europa, Ganimede e Callisto sono le maggiori, grandi da poco meno della nostra Luna fino a superare in dimensioni il pianeta Mercurio.

Furono scoperte da Galileo Galilei più di 400 anni fa, mediante osservazioni al telescopio. Lo scienziato toscano si accorse che quelle piccole “sfere” luminose simili a stelline, che circondavano il gigante gassoso, cambiavano posizione continuamente. Da qui a capire che stavano orbitando intorno a Giove e che quindi la Terra non era al centro dell’universo, come predicato dai sostenitori del sistema Geocentrico, il passo fu breve con tutte le conseguenze che conosciamo.

Tra le quattro lune Galileiane – chiamate così proprio in suo onore – Europa è quella che attira più l’attenzione della comunità scientifica internazionale. È ricoperta da un guscio di ghiaccio di spessore compreso tra 15 e 25 chilometri. Sotto il ghiaccio c’è un oceano profondo tra 75 e 85 chilometri. Ciò significa che questa luna, la più piccola delle quattro lune galileiane, potrebbe avere tre volte più acqua della Terra. L’acqua è calda (attraverso le forze mareali date dalle interazioni con Giove e le altre tre lune maggiori) e salata, e questo significa che Europa potrebbe ospitare una vita semplice, batteri e magari virus.

Rappresentazione artistica degli strati di Europa con Giove sullo sfondo – Crediti Nasa/JPL- Caltech

Missioni di ricerca

Per lo studio più approfondito di Europa sono già in programma missioni spaziali che hanno già una data di partenza. Come la missione Europa Clipper che la NASA lancerà nel 2024.

Purtroppo, la Clipper, non è progettata per atterrare su Europa ed esplorare il suo eventuale ecosistema direttamente. Non orbiterà nemmeno intorno alla luna, ma entrerà in orbita intorno a Giove, periodicamente andando a compiere fly-by esplorativi.

Il vero obiettivo di questa missione consiste nell’aprire la strada per inviare, un giorno, squadre di robot sulla superficie di Europa. E se possiamo inviarne una squadra, perché non inviarne uno sciame? Questa è l’idea alla base del concetto di rilevamento con micro-nuotatori indipendenti (SWIM).

Ethan Schaler, ingegnere robotico al JPL di Pasadena in California, ha recentemente ricevuto un finanziamento di 600.000 dollari per avviare uno studio di fattibilità a riguardo. e questo è il secondo round di finanziamento che gli ha assegnato l’Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA. Nella fase 1 del programma NIAC, ha ricevuto $ 125.000.

Del perché il progetto sia stato concepito come uno sciame di robot, è ben espresso da una dichiarazione di un altro scienziato del progetto SWIM, Samuel Howell: “E se, dopo tutti quegli anni che ci sono voluti per entrare in un oceano, arrivassi attraverso il guscio di ghiaccio nel posto sbagliato?”  

La logica dello sciame

L’idea di base alla base del concetto SWIM è, quindi, di estendere la portata di raccolta dei dati di una missione Europa e raccogliere una dimensione del campione più ampia possibile. Un lander raggiungerebbe la superficie e dispiegherebbe un criobot progettato per viaggiare attraverso il guscio di ghiaccio fino all’oceano. Una volta lì, il criobot dispiegherebbe circa quattro dozzine di minuscoli robot delle dimensioni di un telefono cellulare. Il criobot avrebbe spazio per questi robot indipendenti, oltre a un volume sufficiente per ospitare i propri strumenti, che raccoglierebbero dati durante la lunga discesa attraverso il ghiaccio e mentre si trova nell’oceano.

Il cryobot sarebbe collegato al lander tramite un cavo di comunicazione e il lander di superficie stazionario sarebbe il punto di comunicazione per i controllori di missione basati sulla Terra. Ma i robot SWIM più piccoli sarebbero indipendenti: “La mia idea è di prendere la robotica miniaturizzata e applicarla in nuovi ed interessanti modi per esplorare il nostro sistema solare” ha detto Schaler. “Con uno sciame di piccoli robot nuotatori, siamo in grado di esplorare un volume molto più grande di acqua oceanica e migliorare le nostre misurazioni avendo più robot che raccolgono dati nella stessa area”.

Questa illustrazione spiega come funziona il concetto SWIM. Un lander si trova sulla superficie di Europa e un criobot si fa strada attraverso il ghiaccio rimanendo legato ai dati del lander. Il criobot raccoglie dati mentre si fa strada attraverso il ghiaccio. Una volta nell’oceano, il criobot rilascia circa quattro dozzine di piccoli robot SWIM per raccogliere dati. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech

Il gruppo di SWIM-bot indipendenti risolverebbe un altro problema associato all’esplorazione di mondi oceanici ricoperti di ghiaccio. L’unico modo fattibile per superare la calotta di ghiaccio di Europa da 15 a 25 km è con il calore. Il criobot si farebbe strada attraverso tutto quel ghiaccio con una calda fonte di energia nucleare. 

A causa dei vincoli di progettazione e missione, il criobot probabilmente non viaggerebbe oltre il punto in cui ha violato il fondo del ghiaccio e raggiunto l’oceano. La fonte di calore nucleare del criobot riscalderebbe l’acqua nelle vicinanze del criobot e le reazioni chimiche cambierebbero la natura dell’acqua, inquinando i dati e degradandone il valore. I singoli robot SWIM indipendenti potrebbero sfuggire a questa bolla di calore e raccogliere un’immagine più accurata dell’oceano di Europa.

Schaler afferma che i singoli robot potrebbero anche agire insieme in uno sciame, se lo si desidera, proprio come fanno gli stormi di pesci. Questa manovra potrebbe svolgere un ruolo critico nella ricerca della vita individuando gradienti di energia o salinità. I gradienti energetici sono considerati critici per lo sviluppo della vita perché la vita sostanzialmente si nutre di essi. La vita sfrutta i gradienti energetici per fare copie sempre migliori di sé stessa che si diffondono nell’ambiente, alla ricerca di altri gradienti energetici da sfruttare. “Se ci sono gradienti energetici o gradienti chimici, è così che la vita può iniziare a nascere. Non Avremmo bisogno di salire a monte del criobot per percepirli. I robot SWIM avrebbero ciascuno strumenti per misurare la temperatura e la salinità. Misureranno anche acidità e pressione e ognuno avrà i propri sistemi di propulsione e comunicazione.”, ha detto Schaler.

Questa illustrazione mostra come i robot SWIM verrebbero distribuiti dal criobot e inviati nell’oceano per raccogliere dati. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech

Difficoltà da superare

Fin qui sembra tutto molto semplice ed affascinante, ma ci sono delle difficoltà molto grosse da superare se vogliamo che una missione del genere abbia successo.

Come già detto, Europa, possiede un oceano liquido sotto la coltre di ghiaccio, grazie alla vicina con Giove e alle interazioni mareali. Ciò comporta che il satellite sia interamente avvolto nel potentissimo campo magnetico gioviano, che è in grado alla lunga di mandare in tilt tutti gli strumenti elettronici non opportunamente schermati. Infatti, per proteggersi dalle radiazioni emesse dal gigante gassoso, il satellite della NASA: “JUNO” , conserva i suoi strumenti sensibili all’interno di una cripta di titanio per protezione. Segue inoltre un’orbita polare che lo aiuta a evitare il peggio della radiazione. Ma ad ogni orbita, la volta di titanio viene degradata e finirà per non essere più in grado di salvaguardare gli strumenti. Ciò decreterà la fine effettiva della missione.

Qualsiasi missione su Europa dovrà fare i conti con quella radiazione in qualche modo, anche se la barriera di ghiaccio fornirebbe una certa protezione al criobot e ai robot SWIM.

Un altro problema è portare una navicella spaziale in sicurezza sulla superficie di Europa. Le immagini mostrano una superficie fratturata ricoperta di blocchi di ghiaccio in alcune località. Altre aree sono lacerate da crepacci. La regione equatoriale di Europa può essere dominata da picchi ghiacciati alti fino a 15 metri. Manovrare verso un punto di atterraggio potrebbe essere molto difficile. A differenza di Marte, dove i satelliti studiano la superficie in dettaglio e possono aiutare i pianificatori di missioni a trovare punti di atterraggio sicuri e scientificamente validi, la superficie di Europa non è ben mappata. Inoltre non è così ben compresa. La superficie potrebbe essere così dura o così morbida che è difficile progettare un veicolo spaziale che possa atterrare con successo sulla superficie ghiacciata.

A questo proposito, torna ad essere estremamente utile la missione Clipper, dalla quale gli scienziati sperano di ricavare una mappa dettagliata della superficie e anche di trarre conclusioni circa la consistenza dei ghiacci.

Ultimo aspetto che dovrà essere tenuto in considerazione è quello della salvaguardia di Europa e del suo sistema vitale. I robot devo usare un combustibile per potersi alimentare in un ambiente che non permette di usufruire della luce solare, e questo combustibile potrebbe essere nocivo se non opportunamente schermato. Una volta finita la missione, i robot dovranno essere recuperati fino all’ultimo elemento. Non possiamo permetterci di lasciare immondizia.

Conclusioni

La missione Europa Clipper non arriverà su Giove prima del 2030; manca quindi molto tempo ancora prima di poter avere, anche solo informazioni più dettagliate sulla missione SWIM.

In questo lasso di tempo verranno messe a punto nuove tecnologie in grado di superare i problemi ad oggi ritenuti rilevanti. Comunque sia, quando le carte saranno in regola e i fondi saranno stanziati, potremo finalmente partire per una missione incredibile, che ci porterà a vedere un oceano di un altro mondo con tutte le potenzialità del caso.

Forse troveremo la vita o forse no; ma anche solo la prospettiva merita di sopportare l’attesa.

Fonti: https://www.nasa.gov/feature/jpl/swarm-of-tiny-swimming-robots-could-look-for-life-on-distant-worlds

https://europa.nasa.gov/mission/about/

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