Quando Galileo puntò il suo telescopio su Giove 400 anni fa, vide tre chiazze di luce attorno al pianeta gigante, che inizialmente pensava fossero stelle fisse. Ha continuato a cercare e alla fine ha individuato un quarto blob e ha notato che i blob si stavano muovendo. La scoperta di Galileo di oggetti in orbita attorno a qualcosa di diverso dalla Terra - che chiamiamo le lune galileiane in suo onore - ha colpito la visione del mondo tolemaica (geocentrica) dell'epoca.

Galileo non poteva prevedere l'era dell'esplorazione spaziale in cui viviamo ora. Avanti veloce di 400 anni ed eccoci qui. Sappiamo che la Terra non occupa nessun punto centrale. Abbiamo scoperto migliaia di altri pianeti e molti di loro avranno le proprie lune. Galileo ne sarebbe stupito.

Cosa penserebbe delle missioni robotiche per esplorare una delle macchie di luce che ha individuato?

La luna di Giove Europa è l'obiettivo più avvincente nella ricerca della vita nel nostro Sistema Solare. Europa è ricoperta da una conchiglia di ghiaccio di spessore compreso tra 15 e 25 chilometri (da 9 a 15 miglia). Sotto il ghiaccio c'è un oceano spesso tra 75 e 85 chilometri (da 46 a 53 miglia).

Ciò significa che questa luna, la più piccola delle quattro lune galileiane, potrebbe avere tre volte più acqua della Terra. L'acqua è calda e salata e questo significa che Europa potrebbe ospitare una vita semplice.

La NASA invierà l'attesissimo Europa Clipper sulla luna ghiacciata nel 2024 (in programma) per esplorare il suo potenziale di supporto vitale. Non invierà una sonda in superficie e, infatti, non orbiterà effettivamente attorno a Europa stessa; invece, orbiterà attorno a Giove ed eseguirà una serie di sorvoli di Europa.

Ma un giorno invieremo un esploratore robotico sulla superficie di Europa. E l'unica cosa migliore che inviare un robot per esplorare Europa è inviare uno sciame di robot per farlo. Questa è l'idea alla base del concetto di rilevamento con micro-nuotatori indipendenti (SWIM).

Un ingegnere di robotica presso il JPL della NASA ha ricevuto $ 600.000 di finanziamenti da un programma della NASA per sviluppare il concetto. L'ingegnere è Ethan Schaler, e questo è il secondo round di finanziamento che gli ha assegnato Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA. Nella fase 1 del programma NIAC, ha ricevuto $ 125.000.

L'idea alla base del concetto SWIM è estendere la portata di raccolta dati di una missione Europa e raccogliere un campione più ampio.

Il concetto SWIM di Schaler descrive come un veicolo spaziale inviato su Europa o un'altra destinazione simile come la luna di Saturno Encelado potrebbe utilizzare uno sciame di robot per una maggiore efficacia. 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 cryobot 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 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.

Secondo Schaler, i bot indipendenti risolvono alcuni dei problemi associati a una missione in Europa raccogliendo dati più solidi.

"La mia idea è, dove possiamo prendere la robotica miniaturizzata e applicarla in nuovi modi interessanti 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."

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 robot SWIM indipendenti potrebbero sfuggire a questa bolla di calore e raccogliere un quadro più accurato dell'oceano di Europa.

Samuel Howell è uno scienziato della NASA/JPL coinvolto nella missione Europa Clipper. Fa anche parte del team che sviluppa il concetto SWIM. "E se, dopo tutti quegli anni che ci sono voluti per entrare in un oceano, arrivassi attraverso il guscio di ghiaccio nel posto sbagliato? E se ci fossero segni di vita laggiù ma non dove sei entrato nell'oceano?" disse Howell. "Portando con noi questi sciami di robot, saremmo in grado di guardare 'laggiù' per esplorare molto più del nostro ambiente di quanto un singolo cryobot consentirebbe."

Howell ha sottolineato le somiglianze tra SWIM e Ingenuity, il piccolo elicottero che ha viaggiato su Marte con il Perseverance Rover.

"L'elicottero estende la portata del rover e le immagini che sta inviando sono un contesto per aiutare il rover a capire come esplorare il suo ambiente", ha affermato. "Se invece di un elicottero avessi un gruppo, sapresti molto di più sul tuo ambiente. Questa è l'idea alla base di SWIM."

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 se stessa che si diffondono nell'ambiente, alla ricerca di altri gradienti energetici da sfruttare. (In effetti, in un certo senso, la vita esiste per appiattire i gradienti energetici e diffondere entropia fino a quando non esiste un ordine nell'universo, ma questo è un po' fuori tema. Leggi questo se sei curioso:"Fisica, vita, e tutto bello.")

"Se ci sono gradienti di energia o gradienti chimici, è così che la vita può iniziare a sorgere. Dovremmo salire a monte del criobot per percepirli", ha detto Schaler.

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.

Il concetto SWIM è un passo affascinante nello sforzo di esplorare Europa. Affronta alcuni dei problemi inerenti all'esplorazione di un oceano sepolto sotto il ghiaccio, sia su Europa che su una delle altre lune oceaniche dal guscio ghiacciato del Sistema Solare. Ma ci sono altri ostacoli all'esplorazione di queste lune e alcuni di essi potrebbero essere straordinariamente difficili da superare.

Europa ha solo un oceano a causa della sua vicinanza a Giove. Mentre la luna orbita attorno al pianeta gassoso, la flessione delle maree riscalda Europa abbastanza da mantenere l'acqua nel suo stato liquido. Ma quella vicinanza e la flessione delle maree hanno un costo:Giove emette potenti radiazioni. Così potente, infatti, che la missione Giunone della NASA su Giove conserva i suoi strumenti sensibili all'interno di una cripta di titanio per protezione. Segue anche un'orbita polare che lo aiuta a evitare il peggio della radiazione. Ma ad ogni orbita, la volta di titanio viene degradata dalle radiazioni fino a quando gli strumenti non sono così danneggiati che la missione finirà effettivamente.

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 penitentes, picchi ghiacciati alti fino a 15 metri (49 piedi). Manovrare verso un punto di atterraggio potrebbe essere molto difficile. A differenza di Marte, dove i rover 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 compreso. La superficie potrebbe essere così dura o così morbida che è difficile progettare un veicolo spaziale che possa atterrare con successo sulla superficie ghiacciata.

Ma mentre il concetto SWIM è solo un concetto a questo punto, l'Europa Clipper non lo è. Gli scienziati sperano che il Clipper sarà in grado di mappare la superficie di Europa proprio come il Mars Reconnaissance Orbiter ha fatto per Marte. I dati del Clipper dovrebbero aiutare un lander a lottare con la superficie di Europa.

Si spera che tutto il capitale intellettuale speso per esplorare Europa pagherà dividendi. Lo stesso Europa Clipper non raggiungerà nemmeno l'orbita attorno a Giove fino al 2030. Quindi dovremo aspettare molto tempo prima che una missione raggiunga la superficie di Europa. E la prima missione di superficie potrebbe non avere nemmeno un criobot per perforare il ghiaccio e studiare l'oceano.

Ma un giorno, salvo il collasso della società o qualcos'altro di apocalittico, ci porteremo un'astronave ed esploreremo. Se sei abbastanza giovane quando leggi questo, forse sarai vivo per sentire le grida di "Eureka!" mentre scienziati entusiasti annunciano la scoperta di microbi nel vasto oceano di Europa. + Esplora ulteriormente

Sciami di minuscoli robot nuotatori potrebbero cercare la vita su mondi lontani