Le lune ghiacciate di Giove

Le lune di Giove sono l’obiettivo della più ambiziosa delle missioni dell’Agenzia Spaziale Europea (Esa). Tra il 14 ed il 30 aprile 2023, da Kourou, nella Guyana francese, un razzo Ariane 5 ha lanciato nello spazio interplanetario la sonda Juice (acronimo di JUpiter ICy moons Explorer). Destinazione: Ganimede, Europa e Callisto, le lune ghiacciate in orbita intorno a Giove. Obiettivo: scoprire se gli oceani nascosti sotto la loro superficie hanno il potenziale per ospitare la vita. Gli astronomi hanno raccolto numerose prove indirette dell’esistenza di questi oceani e si ritiene che siano ben più voluminosi di quelli terrestri. Sebbene ricoperti da ghiacci, i nuclei delle tre lune sono caldi grazie all’effetto mareale esercitato dal campo gravitazionale di Giove che permette l’esistenza di acqua allo stato liquido e potrebbe fornire una delle condizioni necessarie per l’emergere della vita: una fonte di energia. Dopo la missione Rosetta, Juice è stata la seconda sonda spaziale europea ad avventurarsi nel sistema solare esterno, oltre l’orbita di Marte. Raggiungerà la sua destinazione nel luglio del 2031, dopo un viaggio di due miliardi di chilometri, sfruttando la gravità della Terra e di Venere per raggiungere la velocità di crociera verso Giove. Il veicolo spaziale è dotato di dieci strumenti scientifici, ha un’antenna di 2,5 metri di diametro per comunicare con la Terra e un’enorme superficie di pannelli solari per catturare l’energia solare. I pannelli coprono un’area di 85 metri quadrati, la più grande per un veicolo spaziale interplanetario. Ma oltre agli strumenti scientifici, la navicella porterà con sé un carico inusuale: una targa che riproduce alcune pagine del Sidereus Nuncius di Galileo, il libro in cui l’astronomo descrisse la scoperta dei quattro satelliti principali di Giove. Quella scoperta dimostrò che anche Giove è un corpo dotato di gravità e fu una prova fondamentale a supporto della teoria eliocentrica. Galileo determinò le orbite dei quattro satelliti, ma non poteva sapere nulla delle loro caratteristiche. Qualche anno dopo, a chi gli domandava se nel sistema solare potesse esistere la vita, Galileo rispondeva: “Se poi si possa probabilmente stimare, nella Luna o in altro pianeta, esser viventi e vegetabili diversi non solo da i terrestri, ma lontanissimi da ogni nostra immaginazione, io per me né lo affermerò né lo negherò, ma lascerò che più di me sapienti determinino sopra ciò, e seguiterò le loro determinazioni”.

La missione

Juice è nata nell’ambito del programma spaziale Cosmic Vision dell’Esa, che nel 2005 ha definito le linee strategiche delle missioni spaziali per il decennio 2015-2025. La missione cercherà (i risultati sono in acquisizione) di rispondere a due delle domande poste nella Cosmic Vision: quali sono le condizioni per la formazione dei pianeti e la comparsa della vita? Come funziona il sistema solare? Nei primi tre anni, Juice effettuerà 35 sorvoli ravvicinati di Europa, Ganimede e Callisto. Poi entrerà in orbita intorno a Ganimede, la più grande delle lune galileiane, diventando il primo satellite artificiale di un satellite naturale (dopo quelli in orbita intorno alla Luna). Ganimede ha un diametro di 5.268 km, più grande del pianeta Mercurio, ed è l’unica luna del sistema solare ad avere un campo magnetico. La sua piccola magnetosfera è avvolta dall’immenso campo magnetico di Giove. Juice studierà le complesse interazioni fra i due campi magnetici, osservando da vicino come si formano le aurore su Ganimede. Juice studierà anche la tenue atmosfera del satellite e la sua superficie ottenendone una mappa geologica e chimica. Ma, soprattutto, permetterà di capire meglio la struttura interna del pianeta. Un nuovo modello, basato su esperimenti di laboratorio, suggerisce che la luna potrebbe avere oceani e ghiaccio distribuiti in più strati, come in un “club sandwich”. Il radar di Juice esplorerà il ghiaccio fino a una profondità di circa dieci km. È probabile che gli oceani del sottosuolo siano nascosti da una strato di ghiaccio più spesso e quindi non rilevabili dal radar. Tuttavia, sarà possibile rivelare sacche di acqua liquida prossime alla superficie. L’obiettivo più ambizioso è capire se l’oceano di Ganimede offre un habitat favorevole alla vita.

Europa

Europa e Callisto sono gli altri due mondi ghiacciati che Juice studierà da vicino. In particolare, l’oceano nascosto di Europa sembra offrire le migliori condizioni per la vita fra tutti gli ambienti cosmici noti, al di fuori della Terra. Da lontano, Europa appare come una palla di biliardo. La sua superficie è estremamente liscia. Presenta crepe e striature ed è quasi priva di crateri, indizi di un’intensa attività tettonica. Dalle immagini della missione Galileo (conclusa nel 2003) sappiamo dell’esistenza di un sistema tettonico a placche sulla sua superficie. Sotto di essa, l’oceano nascosto ha una quantità d’acqua doppia rispetto agli oceani della Terra, ma la profondità e la composizione chimica sono ancora sconosciute. La coltre di ghiaccio che protegge l’oceano dalle radiazioni cosmiche ci impedisce l’analisi diretta. Una possibilità di indagine è fornita dai pennacchi di acqua e (potenzialmente) di altro materiale oceanico che fuoriescono dalla superficie, osservati da lontano con il telescopio spaziale Hubble. Si tratta di giganteschi geyser che emergono dalla crosta ghiacciata e si innalzano fino a circa 150 chilometri dalla superficie. Questi geyser alieni possono fornire un modo per studiare la composizione chimica dell’oceano di Europa e cercare tracce di materiale organico senza perforare la crosta ghiacciata. Uno degli obiettivi principali dell’esplorazione di Europa sarà proprio l’osservazione e lo studio di questi pennacchi. Juice sorvolerà Europa a bassa quota due volte, passando a una distanza minima di circa 400 km. Le radiazioni ionizzanti sono molto intense intorno a Europa, essendo la luna ghiacciata più vicina a Giove, e per questo motivo Juice effettuerà solo due sorvoli della sua superficie.

L’interno di Europa

Europa è un interessante campo di studio anche per la geofisica. Juice utilizzerà un radar per studiare la struttura interna del satellite. Il radar potrebbe essere in grado di individuare e caratterizzare l’interfaccia tra il guscio e l’oceano nascosto. Al momento si pensa che lo strato di ghiaccio abbia uno spessore medio di circa venti km e l’oceano sottostante una profondità di circa cento km. Sul fondale di Europa potrebbero esserci vulcani attivi e bocche idrotermali, con uno scenario simile a quello osservato negli oceani terrestri. I fondali oceanici terrestri sono habitat privi di luce, freddi e con alte pressioni, eppure popolati da numerose comunità di organismi estremofili. Nei pressi di queste sorgenti, circa quattro miliardi di anni fa, potrebbe essere comparsa la vita utilizzando come fonte di energia le sorgenti idrotermali. Se le leggi della biochimica sono universali, perché lo stesso fenomeno non potrebbe essersi ripetuto su Europa? Juice orbiterà intorno a Ganimede fino al 2035. L’Esa prevede di terminare la vita scientifica della sonda con un impatto sulla superficie ghiacciata. La sonda non sarà sterilizzata prima del lancio e porterà quindi con sé un numero minimo di organismi terrestri. Esiste un trattato internazionale che fornisce i principi guida delle missioni interplanetarie, con l’obiettivo di prevenire la contaminazione biologica degli altri corpi celesti, per preservare la loro natura fino a quando non potranno essere studiati in dettaglio. Al momento, si ritiene che solo Europa abbia probabilità di ospitare la vita e quindi deve essere protetto. Juice è stato progettato per evitare di entrare accidentalmente in collisione con Europa e potenzialmente contaminarla. Se durante la missione, si scoprirà che Ganimede è abitabile, l’Esa seguirà i protocolli previsti dalla protezione planetaria evitando l’impatto. Ma allo stato attuale, le regole di protezione planetaria consentono di schiantarsi su Ganimede, perché non ci sono indicazioni che l’oceano profondo del sottosuolo di Ganimede possa essere in contatto con la superficie ghiacciata. Lo schianto su Europa non sarebbe invece consentito perché la sua crosta ghiacciata è più sottile e la contaminazione dalla dell’oceano sottostante è in teoria possibile. L’anno prossimo, anche la Nasa lancerà una missione verso il sistema di Giove. Mentre Juice ha molteplici obiettivi (oltre le tre lune ghiacciate, studierà anche l’atmosfera e il campo magnetico di Giove, gli anelli e le altre lune di Giove), la sonda Clipper si concentrerà principalmente su Europa con un programma scientifico complementare a quello di Juice. La presenza contemporanea di due missioni nel sistema di Giove rappresenta una grande opportunità scientifica. Se le due sonde troveranno materiale organico su almeno una delle lune galileiane, sarà il momento di pensare ai prossimi passi: l’invio di una sonda per atterrare sulla superficie e, un giorno, esplorare direttamente gli oceani nascosti.