När Galileo riktade sitt teleskop mot Jupiter för 400 år sedan såg han tre ljusklumpar runt jätteplaneten, som han först trodde var fixstjärnor. Han fortsatte att leta och till slut upptäckte han en fjärde klump och märkte att klumparna rörde sig. Galileos upptäckt av föremål som kretsar kring något annat än jorden – som vi kallar de galileiska månarna till hans ära – slog ett slag för den tidens ptolemaiska (geocentriska) världsbild.

Galileo kunde inte ha förutsett den tidsålder av rymdutforskning som vi lever i nu. Spola framåt 400 år, och här är vi. Vi vet att jorden inte upptar någon central punkt. Vi har upptäckt tusentals andra planeter, och många av dem kommer att ha sina egna månar. Galileo skulle bli förvånad över detta.

Vad skulle han tycka om robotuppdrag för att utforska en av ljusklumparna han såg?

Jupiters måne Europa är det mest övertygande målet i sökandet efter liv i vårt solsystem. Europa är täckt av ett isskal mellan 15 till 25 kilometer (9 till 15 miles) tjockt. Under isen finns ett hav mellan 75 och 85 kilometer (46 till 53 miles) tjockt.

Det betyder att denna måne, den minsta av de fyra galileiska månarna, kan ha tre gånger mer vatten än jorden. Vattnet är varmt och salt, och det betyder att Europa kan hysa enkelt liv.

NASA skickar den efterlängtade Europa Clipper till den frusna månen 2024 (schemalagd) för att utforska dess livsuppehållande potential. Den kommer inte att skicka en sond till ytan, och i själva verket kommer den inte att kretsa runt Europa själv; istället kommer den att kretsa runt Jupiter och utföra en serie förbiflygningar av Europa.

Men en dag kommer vi att skicka en robotutforskare till Europas yta. Och det enda bättre än att skicka en robot för att utforska Europa är att skicka en svärm av robotar för att göra det. Det är tanken bakom konceptet Sensing With Independent Micro-Swimmers (SWIM).

En robotingenjör vid NASA:s JPL fick $600 000 i finansiering från ett NASA-program för att utveckla konceptet. Ingenjören är Ethan Schaler, och detta är den andra finansieringsomgången som NASA:s Innovative Advanced Concepts (NIAC) har tilldelat honom. I fas 1 av NIAC-programmet fick han $125 000.

Grundidén bakom SWIM-konceptet är att utöka räckvidden för ett Europa-uppdrags datainsamling och samla in en större urvalsstorlek.

Schalers SWIM-koncept beskriver hur en rymdfarkost som skickas till Europa eller en annan liknande destination som Saturnus måne Enceladus kunde använda en svärm av robotar för större effektivitet. En landare skulle nå ytan och sätta in en kryobot designad att resa genom isskalet till havet. Väl där skulle cryoboten distribuera cirka fyra dussin små robotar ungefär lika stora som en mobiltelefon. Kryoboten skulle ha plats för dessa oberoende robotar, plus tillräckligt med volym för att vara värd för sina egna instrument, som skulle samla in data under den långa nedstigningen genom isen och i havet.

Kryoboten skulle vara ansluten till landaren via en kommunikationstjuder, och den stationära ytlandaren skulle vara kommunikationspunkten för jordbaserade uppdragskontrollanter. Men de mindre SWIM-botarna skulle vara oberoende.

Enligt Schaler löser de oberoende botarna några av problemen i samband med ett uppdrag till Europa genom att samla in mer robust data.

"Min idé är, var kan vi ta miniatyriserad robotik och tillämpa dem på nya intressanta sätt för att utforska vårt solsystem?" sa Schaler. "Med en svärm av små simrobotar kan vi utforska en mycket större volym havsvatten och förbättra våra mätningar genom att ha flera robotar som samlar in data i samma område."

Gruppen av oberoende SWIM-bots skulle lösa ett annat problem i samband med att utforska istäckta havsvärldar. Det enda möjliga sättet att ta sig igenom Europas 15 till 25 km långa isskal är med värme. Kryoboten skulle tunnla sig igenom all den isen med en het kärnkraftskälla. På grund av design- och uppdragsbegränsningar skulle cryoboten sannolikt inte resa bortom den punkt där den bröt isbottnen och nådde havet. Cryobotens kärnvärmekälla skulle värma upp vattnet i närheten av cryoboten, och kemiska reaktioner skulle förändra vattnets natur, förorena data och försämra dess värde. De oberoende SWIM-botarna skulle kunna fly denna värmebubbla och få en mer exakt bild av Europas hav.

Samuel Howell är en NASA/JPL-forskare involverad i Europa Clipper-uppdraget. Han är också en del av teamet som utvecklar SWIM-konceptet. "Tänk om du, efter alla dessa år det tog att komma in i ett hav, kommer genom isskalet på fel ställe? Tänk om det finns tecken på liv där borta men inte där du kom in i havet?" sa Howell. "Genom att ta med oss ​​dessa svärmar av robotar skulle vi kunna se "där borta" för att utforska mycket mer av vår miljö än vad en enda cryobot skulle tillåta."

Howell påpekade likheterna mellan SWIM och Ingenuity, den lilla helikoptern som reste till Mars med Perseverance Rover.

"Helikoptern utökar roverns räckvidd, och bilderna som den skickar tillbaka är sammanhang för att hjälpa roveren att förstå hur man utforskar sin miljö", sa han. "Om du hade ett gäng istället för en helikopter skulle du veta mycket mer om din miljö. Det är tanken bakom SWIM."

Schaler säger att de enskilda robotarna också skulle kunna agera tillsammans i en svärm om så önskas, ungefär som fiskflockar gör. Denna manöver kan spela en avgörande roll i sökandet efter liv genom att identifiera gradienter i energi eller salthalt. Energigradienter anses vara avgörande för livets utveckling eftersom livet i grund och botten livnär sig på dem. Livet utnyttjar energigradienter för att göra bättre och bättre kopior av sig själv som sprider sig genom miljön och letar efter andra energigradienter att utnyttja. (Faktiskt, på ett sätt att se på det, existerar livet för att platta ut energigradienter och sprida entropi tills det inte finns någon ordning i universum, men det är lite off-topic. Läs det här om du är nyfiken:"Fysik, liv, och allt trevligt.")

"Om det finns energigradienter eller kemiska gradienter, är det så livet kan börja uppstå. Vi skulle behöva gå uppströms från cryoboten för att känna av dem," sa Schaler.

SWIM-botarna skulle var och en ha instrument för att mäta temperatur och salthalt. De kommer också att mäta surhet och tryck, och var och en kommer att ha sina egna framdrivnings- och kommunikationssystem.

SWIM-konceptet är ett fascinerande steg i ansträngningen att utforska Europa. Den behandlar några av problemen som är inneboende i att utforska ett hav begravt under is, vare sig det är på Europa eller på någon av solsystemets andra havsmånar med isskal. Men det finns andra hinder för att utforska dessa månar, och några av dem kan vara utomordentligt svåra att övervinna.

Europa har bara ett hav på grund av dess närhet till Jupiter. När månen kretsar runt gasplaneten värmer tidvattenböjning Europa tillräckligt för att hålla vattnet i flytande tillstånd. Men att närhet och tidvattenböjning har en kostnad:Jupiter avger kraftfull strålning. Så kraftfull faktiskt att NASA:s Juno-uppdrag till Jupiter håller sina känsliga instrument i ett titanvalv för skydd. Den följer också en polär bana som hjälper den att undvika den värsta strålningen. Men för varje bana försämras titanvalvet av strålning tills instrumenten är så skadade att uppdraget i praktiken kommer att sluta.

Varje uppdrag till Europa kommer att behöva kämpa med den strålningen på något sätt, även om isbarriären skulle ge visst skydd för kryoboten och SWIM-botarna.

Ett annat problem är att få en rymdfarkost säkert upp på Europas yta. Bilder visar en sprucken yta täckt av blockiga isbitar på vissa platser. Andra områden är kluvna med sprickor. Europas ekvatorialregion kan domineras av penitentes, isiga spikar på upp till 15 meter (49 fot) höga. Att manövrera till en landningsplats kan vara mycket svårt. Till skillnad från Mars, där rovers studerar ytan i detalj och kan hjälpa uppdragsplanerare att hitta säkra och vetenskapligt värdefulla landningsplatser, är Europas yta inte väl kartlagd. Det är inte heller så välförstått. Ytan kan vara så hård eller så mjuk att det är svårt att designa en rymdfarkost som framgångsrikt kan landa på den isiga ytan.

Men även om SWIM-konceptet bara är ett koncept vid det här laget, är det inte Europa Clipper. Forskare hoppas att Clipper kommer att kunna kartlägga Europas yta ungefär som Mars Reconnaissance Orbiter har gjort för Mars. Data från Clipper bör hjälpa en landare att kämpa mot Europas yta.

Förhoppningsvis kommer allt intellektuellt kapital som spenderas på att utforska Europa att ge utdelning. Själva Europa Clipper kommer inte ens att nå bana runt Jupiter förrän 2030. Så vi måste vänta länge innan ett uppdrag någonsin når Europas yta. Och det första ytuppdraget kanske inte ens har en kryobot för att genomborra isen och studera havet.

Men en dag, med undantag för samhällelig kollaps eller något annat apokalyptiskt, kommer vi att få en rymdfarkost där, och vi ska utforska. Om du är tillräckligt ung när du läser det här, kanske du kommer att vara vid liv av att höra ropen av "Eureka!" som glada forskare tillkännager upptäckten av mikrober i Europas stora hav. + Utforska vidare

Svärm av små simrobotar kunde leta efter liv i avlägsna världar