Under det kommande decenniet kommer rymdorganisationer att utöka sökandet efter utomjordiskt liv bortom Mars, där alla våra astrobiologiska ansträngningar för närvarande är fokuserade. Detta inkluderar ESA:s JUpiter ICy moon's Explorer (JUICE) och NASA:s Europa Clipper, som kommer att flyga förbi Europa och Ganymedes upprepade gånger för att studera deras ytor och interiörer.

Det finns också NASA:s föreslagna Dragonfly-uppdrag som kommer att flyga till Titan och studera dess atmosfär, metansjöar och den rika organiska kemin som händer på dess yta. Men det kanske mest övertygande resmålet är Enceladus och de vackra plymer som kommer från dess södra polarområde.

Sedan Cassini-uppdraget fick en närbild av dessa plymer, har forskare längtat efter att skicka ett robotuppdrag dit för att prova dem - som verkar ha alla ingredienser för livet i sig. Det här är inte så lätt som det låter, och det finns inget som tyder på att flygande genom plymer kommer att ge intakta prover.

I en nyligen publicerad artikel publicerad i Meteoritics &Planetary Science , undersökte forskare från University of Kent hur hastigheten hos ett passerande rymdskepp (och den resulterande stöten av stöten) avsevärt kan påverka dess förmåga att ta prov på vatten och is i plymerna.

Forskningen utfördes av Prof. Mark Burchell och Dr. Penny Wozniakiewicz (en emeritusprofessor och en universitetslektor i rymdvetenskap) från Center for Astrophysics and Planetary Science (CAPS), en del av School of Physics and Astronomy vid University of Kent, Storbritannien

Deras arbete kan ha betydande konsekvenser för uppdrag till Icy Ocean Worlds (IOW), kroppar i det yttre solsystemet som huvudsakligen består av fruset vatten och flyktiga ämnen med hav i deras inre. Dessa kroppar har blivit av allt större intresse för forskare eftersom det är möjligt att vissa kan försörja livet.

Termen "Ocean Worlds" har blivit vanligt de senaste åren eftersom antalet potentiella kandidater för utforskning har ökat. Sedan Voyager-sonderna passerade genom systemet 1979, har forskare spekulerat om möjligheten av ett inre hav inom Europa baserat på dess ytegenskaper. Detta inkluderade fläckar av "ung terräng" som sitter bredvid äldre, kraterad terräng - vilket tyder på regelbundna utbyten mellan ytan och interiören. Voyager-sonderna lade märke till en liknande ungdomlig terräng på Enceladus när de förbi Saturnus 1980 respektive 1981.

Det var dock Cassini-Huygens-uppdraget som upptäckte vattenånga och organiska molekyler som ventilerades från Enceladus södra polarområde 2004. Under de kommande 13 åren genomförde Cassini-omloppsbanan flera fler förbiflygningar av månen, vilket gav ytterligare bevis på ett inre hav och en energikälla vid gränsen mellan kärnan och manteln.

Dessa fynd placerade Enceladus bland "Ocean Worlds" som forskare vill undersöka närmare med framtida uppdrag. Men till skillnad från andra IOWs är Enceladus särskilt attraktiv på grund av plymernas natur runt dess sydpol.

Medan Europa också upplever plymaktivitet, är dessa mer sporadiska och svåra att upptäcka. På grund av Europas högre gravitation (~13 % mot 1 % av jordens) når vattenånga och ventilerat material inte så långt ut i rymden.

Som Burchell berättade för Universe Today via e-post, verkar det relativt enkelt att samla in prover från dessa plymer, åtminstone i teorin. "Som alla IOWs har den ett inre hav med mycket vatten. Vad som finns i det vattnet är föremål för mycket spekulationer och intresse", sa han. "Och Enceladus skjuter ut vattenplymer i rymden, vilket gör varje rymduppdrag som vill prova vattnet mycket lättare – du kan bara flyga genom plymen."

Men i praktiken (som alltid) blir saker lite mer komplicerade. Beroende på hur snabbt ett uppdrag färdas, kommer påverkan det kommer att tillfoga plymmaterial att variera avsevärt. Som Burchell förklarar kan detta äventyra de prover som ett uppdrag försökte få:

"Problemet med att samla in prover i hastighet är att många tester har gjorts med metall- och mineralprojektil, men mindre är känt om organiska ämnens reaktion på höghastighetspåverkan. Bindningarna i de organiska ämnen kommer att bryta, men vid vilken hastighet Och vilka bindningar först? Så det du slutar med för analys är kanske inte det som kom ut av Enceladus?

Enligt Burchell kan modellering av hur en rymdfarkosts hastighet skulle påverka dess förmåga att samla in prover utföras på ett av två sätt. Å ena sidan finns det datormodelleringsmetoden, där team förlitar sig på avancerad programvara för att simulera effekter och mäta resultaten. Det andra är det "kinetiska" tillvägagångssättet, som består av att skjuta små korn mot mål i rätt hastighet och sedan mäta kraften från stöten. Burchell och hans team föredrar att göra det senare. "I vårt labb gillar vi att skjuta saker mot mål," sa han.

Deras resultat visade tydligt att insamlingshastigheten är avgörande för provtagningen. Men de fann också att resultaten varierar från en kropp till en annan. Sa Burchell:

"I en omloppsbana vid en liten kropp som Enceladus är det ganska lågt. Men för de större IOWs är det större. Och det kommer bara in i regimen där chocken från stötprocessen i samlingen orsakar allt allvarligare förändringar av proverna Om du gör en förbiflygning av IOW utan att kretsa runt den, är du snabbare igen, och proverna upplever en större chock designa och begränsar den andra vetenskapen du kan göra. Det är alltid en avvägning."

Utan solsystemet finns det flera kroppar där vatten och andra flyktiga ämnen ventileras från det inre - ett fenomen som kallas kryovulkanism. Dessa kroppar varierar avsevärt vad gäller deras storlek och gravitationskraft, allt från mikrogravitationen (mindre eller något mer än 1%) av Mimas och Enceladus till ungefär 13%–15% av Europa, Titan och Ganymedes. Som ett resultat kan dessa fynd hjälpa till att informera utformningen av många provinsamlingsuppdrag avsedda för IOWs.

Mer information: M. J. Burchell et al, Isiga havsvärldar, plymer och provsmakning av vattnet, Meteoritics &Planetary Science (2024). DOI:10.1111/maps.14152

Tillhandahålls av Universe Today