Jupiters måne Europa är definitivt en udda plats. Upptäcktes 1610 av Galileo Galilei, det sågs först i detalj först i slutet av 1970 -talet, efter att rymdfarkoster besökt det jovianska systemet.

Lite mindre än vår egen måne, Europa kan knappast se mer annorlunda ut. Båda har interiörer av sten och metall. Men Europa är insvept i ett globalt saltvattenhav och täckt av ett starkt isskal. Skalet är ärrat med sprickor och fel och fläckiga platser där isen har brutits av vätska underifrån.

Forskare har spekulerat i årtionden vad som ligger inom det havet. Det är större i volym än alla jordens hav tillsammans.

En NASA-finansierad seismometer under utveckling vid Arizona State University håller löftet att landa på Europas isskal-och lyssna på det.

Seismometern skulle använda Europas naturliga tidvatten och andra rörelser för att upptäcka skalets tjocklek, se om det rymmer vattenfickor - sjöar under ytan - inom isen, och bestäm hur enkelt, och hur ofta, havsvatten kan stiga och rinna ut på ytan.

"Vi vill höra vad Europa har att berätta för oss, "sa Hongyu Yu, från ASU:s School of Earth and Space Exploration. "Och det innebär att sätta ett känsligt" öra "på Europas yta."

Utforskningssystemingenjör Yu leder ett team av ASU -forskare som inkluderar seismologen Edward Garnero, geofysiker Alyssa Rhoden, och kemiingenjör Lenore Dai, direktör för School of Engineering of Matter, Transport och energi i Ira A. Fulton Schools of Engineering.

Tekniska investeringar

Även om det inte finns några planer på att skicka en landare till Europa, laget har fått ett bidrag från NASA för att utveckla och testa en miniatyrseismometer som inte är större än cirka 10 cm på en sida, vilket kan vara avgörande för att främja framtida utforskning av Europa. Passande, med tanke på var det skapas, projektet har titeln Seismometers for Exploring the Suburface of Europa, eller SESE.

De flesta seismometrar, antingen för användning på jorden eller andra planeter, lita på ett massa-och-fjädersensorkoncept för att upptäcka passande jordbävningsvågor. Men den typen av seismometer, säger Yu, måste ställas upp i upprätt läge, den måste försiktigt sättas på plats utan större skakningar eller skakningar, och kammaren där sensorn arbetar behöver ett fullständigt vakuum för att säkerställa exakta mätningar.

"Vår design undviker alla dessa problem, "Förklarar Yu. SESE-seismometern använder ett mikroelektromekaniskt system med en flytande elektrolyt som sensorn." Denna design har en hög känslighet för ett stort antal vibrationer, och den kan fungera i vilken vinkel som helst mot ytan.

"Och vid behov, " han lägger till, "de kan slå hårt i marken vid landning." Yu noterar att laget testade prototypen genom att slå den med en slägga. Den överlevde.

Förutom att vara extremt robust, SESE seismometern lovar att driva fram det senaste inom sensorer också. "Vi är glada över möjligheten att utveckla elektrolyter och polymerer bortom sina traditionella temperaturgränser, "säger teammedlem Dai." Detta projekt exemplifierar också samarbete mellan discipliner. "

Fast touchdown behövs

Förmågan att stå emot en hård landning är en stor hjälp, säger teammedlem Garnero. "Seismometrar måste ansluta till fast mark för att fungera mest effektivt." Att sitta på lösa ytmaterial kan isolera instrumentet från seismiska vågor som passerar genom månens eller planetens kropp - eller, på Europa, dess isskal.

Landers, som skulle bära seismometrar, "har vanligtvis fyra eller sex ben, "Sa Garnero." Om varje ben har en seismometer, dessa kunde skjutas in i ytan vid landning, att få god kontakt med marken. "

Dessutom, han sa, att ha ett antal sensorer på en landare ger forskare möjlighet att kombinera data som registrerats vid varje. Detta låter dem övervinna de variabla seismiska vibrationer som registreras av varje instrument, och det gör det möjligt för forskare att berätta i vilken riktning skalvvågor kommer.

"Vi kan också sortera ut högfrekventa signaler från längre våglängder, Garnero förklarade. Ju bredare spektrum instrumentet kan känna, desto fler fenomen kommer den att upptäcka. "Till exempel, små meteoriter som träffar ytan inte för långt bort skulle producera högfrekventa vågor, och tidvatten av gravitationsbåtar från Jupiter och Europas grannmånar skulle ta lång tid, långsamma vågor. "

So what would Europa sound like?

Garnero laughed. "I think we'll hear things that we won't know what they are."

Men, han sa, "ice being deformed on a local scale would be high in frequency—we'd hear sharp pops and cracks. From ice shell movements on a more planetary scale, I would expect creaks and groans."

Ocean world

Europa can be glimpsed in binoculars from the backyard as it circles Jupiter once every 85 hours. But it's just a point of light, looking no different from what Galileo saw when he discovered it.

The Europa that scientists study today, dock, is more properly considered an ocean world. This is because of two flyby spacecraft (NASA's Voyager 1 and 2) and an orbiter (NASA's Galileo) that spent eight years at Jupiter. Long-distance observations of Europa also have come from the Hubble Space Telescope orbiting Earth, which detected plumes of water vapor erupting from the shell in 2012 and 2016.

"At Europa, we're trying to use seismometers to determine where the liquid water lies within the ice shell, " team member Rhoden said. "We want to know how active the ice shell is."

The answers to these questions are important to the future exploration of this moon and its habitability, Hon sa. "An active shell with pockets of water creates more niches for life and more ways to transport nutrients from the ocean to the surface."

Locating these pockets on Europa would allow future lander missions to possibly sample ocean water brought up through the ice shell.

Just how active is Europa?

"We don't know, " Rhoden said. The surface is geologically young, with an approximate age (based on numbers of craters) of 50 to 100 million years. "It may have undergone an epoch of activity early in that period and then shut down." But it's equally possible, she says, that the shell is experiencing fractures, uplifts, offsets, and melt-throughs today.

"Hubble's recent plume observations last fall appear to support that."

As Europa orbits Jupiter, it gets repeated tugs from the gravity of neighbor moons Io and Ganymede. These tugs keep Europa's orbit from becoming circular and that lets Jupiter stress the shell—and then let it relax—over and over, endlessly. Således, Rhoden said, seismometers on the surface should detect any ongoing activity in the shell.

The team developing the SESE seismometer has its sights on Europa, but they are also looking beyond, because the design is robust and adaptable. This could let it become something of a universal instrument for seismology on other worlds.

As team leader Yu explains, "With modification to fit local environments, this instrument should work on Venus and Mars, and likely other planets and moons, too."