유로파(Europa) 탐사가 시작되다 : 탐사 장비의 선정.

 

Credit: NASA/JPL-Caltech

그림1> 이 상상화는 유로파를 수차례 근접비행하면서 조사하게 될 미래 NASA 탐사선의 모습을 그려본 것이다.

 

 

탐사 장비의 선정과 함께 시작된 NASA의 유로파 탐사 계획

 

목성의 달 유로파가 생명체를 품을 수 있는 환경을 가지고 있는지 여부를 밝혀내기 위한 유로파 탐사 계획에 사용될 9개의 장비를 NASA가 선정하였다. 

NASA는 갈릴레오 미션을 통해 지구의 달 정도 크기에 해당하는 유로파가 그 두께를 알 수 없는 얼어붙은 지각 아래 바다를 품고 있을 것이라는 강력한 증거를 찾아낸 바 있다.
만약 바다가 존재한다면 유로파가 품고 있는 바다는 지구가 품고 있는 모든 물의 두 배 이상에 달할 것이다.

 

이처럼 풍부한 소금물과 함께 암석질의 해저면, 그리고 중력 가열 작용으로 인한 에너지와 화학성분등의 조건은 유로파를 태양계에서 지구를 제외하고 생명을 품고 있을 가능성이 가장 높은 천체로 만들어주고 있다.

 

NASA 과학임무위원회 국장보인 존 그룬스펠드(John Grunsfeld)의 설명은 다음과 같다.
"10년전, 갈릴레오 위성이 11번에 걸쳐 유로파를 근접비행하면서 유로파는 수수께끼의 얼음 표면과 방대한 바다의 증거를 가지고 우리를 계속 감질나게 만들어왔습니다.
최근에는 허블우주망원경이 유로파로부터 분출된 물보라의 존재를 제안하기도 했죠.
우리는 새로운 미션이 가지고 있는 가능성에 큰 흥미를 느끼고 있으며

여기에 탑재되는 장비들은 지구 너머에서 생명체의 증거를 찾으려는 우리의 노력과 함께 유로파의 수수께끼를 밝혀줄 것입니다."

 

Image Credit:NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

 

사진1> 새롭게 재처리된 사진에서 수수께끼에 가득 싸인 환상적인 목성의 달 유로파의 표면이 그 모습을 드러내고 있다.

 

NASA의 2016 회계년도 예산에는 유로파 탐사 미션을 입안하기 위한 3천만달러의 예산 요청이 포함되어 있다.

이 임무를 통해 태양력 엔진을 갖춘 우주선이 발사되어 오랫동안 목성 궤도를 공전할 것이며 3년 이상 유로파에 대한 근접 비행을 반복하게 될 것이다.

 

근접비행은 총 45회에 걸쳐, 고도 25km 및 2700Km 사이에서 이루어질 것이다.

이 우주선에는 유로파의 표면에 대한 고해상도 사진 및 그 조성을 결정짓기 위한 카메라와 분광기를 포함한 과학장비들이 탑재된다.

얼음을 투과하는 레이더는 유로파 얼음 껍데기의 두께를 알아낼 것이고 지구의 남극해 아래에 자리잡고 있는 것과 유사한 지표 밑의 호수를 탐사할 것이다.

이 우주선에는 또한 유로파 자기장의 강도와 방향을 측정하기 위한 자기 탐지기도 탑재되는데, 이를 통해 과학자들은 바다의 깊이와 염도를 측정할 수 있게 된다.
열상 장비는 유로파의 얼어붙은 표면에서 최근 분출한 비교적 따뜻한 물의 흔적을 찾을 것이며 다른 장비들은 유로파의 얇은 대기에서 물과 미세한 입자들의 증거를 찾게 될 것이다.

 

NASA의 허블우주망원경은 2012년 유로파의 남극지역에서 수증기를 관측한 바 있으며 이는 물보라 분출이 존재한다는 최초의 강력한 증거가 되었다.

(참고 : 허블우주망원경의 포착해낸 유로파 물보라에 대한 뉴스는 다음의 링크를 참고하세요 : https://big-crunch.tistory.com/12346952   )

만약 물보라 분출공의 존재가 확정되면, 그리고 이 분출공이 지표 아래의 바다와 연결되어 있다는 것이 확정되면 과학자들은 유로파를 잠재적으로 생명체의 가능성이 있는 지역으로서 화학적 성분을 분석하게 될 것이고 한 켠에서는 얼음 지각을 뚫고 내려갈 수 있는 지역을 한정하는 작업이 진행될 것이다.

 

지난해 NASA는 유로파를 연구하기 위한 장비 제안서를 제출하도록 과학자들을 초대하여 설명회를 개최한 바 있다.
총 33개의 장비들이 점검되었고, 이중에서 9개의 장비들이 2020년대에 발사될 유로파 탐사 미션을 위해 선정되었다.

 

유로파 프로그램 과학자인 커트 니버(Curt Niebur)의 설명은 다음과 같다.
"이것은 우리와 가까운 우주에서 생명의 존속이 가능할만한 오아시스를 찾아가는 거대한 첫걸음입니다.
우리는 이 일련의 다목적 과학장비들이 상당한 기대를 모으는 이번 탐사에서 엄청난 발견을 이뤄낼 것이라고 확신하고 있습니다."

 

Image Credit: NASA/JPL-Caltech

 

사진 2> 유로파 얼음 표면의 괴상한 구조는 따뜻한 내부를 암시하고 있다.

이 사진은 NASA의 갈릴레오 위성이 촬영한 것으로 색깔이 존재하는 일부의 사진들이 보다 큰 규모의 모자이크 사진으로 존재하는 낮은 해상도의 단색 사진들과 함께 합쳐져 있다. 

갈릴레오 위성이 고해상도 컬러 사진으로 관측할 수 있었던 부분은 유로파 표면의 일부에 지나지 않는다.
향후 계획된 탐사선은 훨씬 많은 부분을 고해상도로 촬영할 수 있게 될 것이다.

 

NASA가 선택한 과학 장비들은 다음과 같다.

 

마그네틱 음향 플라즈마 장비(Plasma Instrument for Magnetic Sounding, PIMS)

수석 연구원 : 조셉 웨스트레이크 박사(Dr. Joseph Westlake, 존스 홉킨스 응용물리 연구소)
이 장비는 자기 탐지기와 연계하여 작동하는 장비로서 유로파 얼음 지각의 두께와 바다의 깊이, 그리고 유로파를 둘러싼 플라즈마의 흐름에서 자기 유도 신호를 교정함으로써 염분을 측정하는데 핵심이 되는 장비이다.

 

 

자기 탐지기를 이용한 유로파 내부 분석기(Interior Characterization of Europa using Magnetometry, ICEMAG)

수석 연구원 : 캐롤 레이몬드 박사(Dr. Carol Raymond, NASA 제트추진 연구소)
이 자기탐지기는 PIMS와 연계하여 유로파 부근의 자기장을 탐사할 것이다.
다중주파수의 전자기 음향을 이용하여 유로파 지하 바다의 위치와 두께, 그리고 염분을 유추하게 된다.

 

유로파 분광 화상 매핑기(Mapping Imaging Spectrometer for Europa, MISE) 

수석 연구원 : 다이아나 블레니 (Dr. Diana Blaney,  NASA 제트추진연구소)
이 장비는 유로파의 조성을 탐사하게 된다.
유기물질과 소금, 수산화물, 얼음단계의 물을 비롯하여 유로파 바다에서 생명체가 살수 있는지를 결정하기 위한 여러 물질들의 분포를 조사하게 된다.

 

유로파 화상 시스템(Europa Imaging System, EIS) 

수석 연구원 : 엘리자베스 터틀 박사(Dr. Elizabeth Turtle, 존스홉킨스 응용물리연구소)
이 장비에 탑재될 광각 및 협각 카메라는 유로파의 대부분 지역을 50미터 해상도의 지도로 그려내게 되며 유로파 표면 지역의 사진들은 100배 이상의 높은 해상도로 제공하게 된다.

 

 

지표근처에서 해저까지의 두께 측정을 위한 레이더 (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface, REASON)
수석 연구원 : 도널드 블랜킨쉽 박사 (Dr. Donald Blankenship, 텍사스 대학교)
이중 주파수의 얼음 투과 성능을 가진 이 레이더 장비는 지표 부근에서 바다까지 유로파의 얼음 지각을 측정하기 위해 설계되는 장비이다.
이를 통해 유로파의 얼음 껍질 속에 숨겨져 있는 구조와 그 안에 존재할 가능성이 있는 바다가 모습을 드러낼 것이다.

 

유로파 열복사 화상 시스템(Europa Thermal Emission Imaging System, E-THEMIS)
수석 연구원 : 필립 크리스텐슨(Dr. Philip Christensen, 아리조나 대학교)
이 열감지기는 높은 공간 해상도와 다중 분광 열 화상기능을 제공하여 우주로 물줄기를 내뿜는 분출공을 비롯한 활성 지역을 탐지하는데 도움을 줄 것이다.

 

 

유로파 탐사를 위한 질량 분광기(MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa, MASPEX)

수석 연구원 : 잭 헌터 와이트 박사 (Dr. Jack (Hunter) Waite, 사우스웨스트우주탐사연구소)

이 장비는 극도로 얇은 유로파의 대기를 측정하고 우주로 분출된 표면 물질들을 분석하여 유로파의 지표와 지하 바다의 성분을 결정하게 된다.

 

자외선 분광사진기 (Ultraviolet Spectrograph/Europa, UVS) 

수석연구원 : 커트 레더포드 박사 (Dr. Kurt Retherford , 사우스웨스트우주탐사연구소)

이 장비로는 허블우주망원경에서 유로파의 표면에서 분출한 물보라를 감지한 것과 동일 기술이 채용된 감지기가 탑재될 것이다.
UVS는 매우 적응 양의 물보라도 감지할 수 있으며 이를 통해 유로파의 높은 고도에서 그 조성과 역학에 대한 갑진 데이터를 제공하게 될 것이다. 

 

 

유로파 표면의 먼지 질량 분석기(SUrface Dust Mass Analyzer, SUDA)

수석 연구원 : 사샤 캠프 박사 (Dr. Sascha Kempf , 콜로라도 대학교)
이 장비는 유로파에서 분출된 작은 고체 입자들의 조성을 측정하게 될 것이다.
이는 유로파 표면 샘플을 직접적으로 측정할 수 있는 기회가 되고 저고도에서 스쳐지나갈 가능성이 있는 물보라를 측정하는 기회가 될 것이다. 

이상의 장비와는 별개로 유로파 표면 근처의 환경과 조성 탐사를 위한 장비(the SPace Environmental and Composition Investigation near the Europan Surface, SPECIES)가 보다 향상된 기술개발을 위해 선택되었다.

이 장비의 개발은 NASA 고다드 우주비행센터의 매흐디 베나(Dr. Mehdi Benna) 박사가 이끌게 되며 중성 질량 분광기 및 가스 크로마토그래프와 연계되어 또다른 탐사의 기회를 도출하게 될 것이다.

 

출처 : NASA Solar System Exploration 2015년 5월 26일 News Release
         http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=49222
           
참고 : 유로파를 비롯한 목성과 목성의 달에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346946

 

 

원문>

NASA's Europa Mission Begins with Selection of Science Instruments

26 May 2015

 

(Source: NASA)

NASA has selected nine science instruments for a mission to Jupiter's moon Europa, to investigate whether the mysterious icy moon could harbor conditions suitable for life.

NASA's Galileo mission yielded strong evidence that Europa, about the size of Earth's moon, has an ocean beneath a frozen crust of unknown thickness. If proven to exist, this global ocean could have more than twice as much water as Earth. With abundant salt water, a rocky sea floor, and the energy and chemistry provided by tidal heating, Europa could be the best place in the solar system to look for present day life beyond our home planet.

"Europa has tantalized us with its enigmatic icy surface and evidence of a vast ocean, following the amazing data from 11 flybys of the Galileo spacecraft over a decade ago and recent Hubble observations suggesting plumes of water shooting out from the moon," said John Grunsfeld, associate administrator for NASA's Science Mission Directorate in Washington. "We're excited about the potential of this new mission and these instruments to unravel the mysteries of Europa in our quest to find evidence of life beyond Earth."

NASA's fiscal year 2016 budget request includes $30 million to formulate a mission to Europa. The mission would send a solar-powered spacecraft into a long, looping orbit around the gas giant Jupiter to perform repeated close flybys of Europa over a three-year period. In total, the mission would perform 45 flybys at altitudes ranging from 16 miles to 1,700 miles (25 kilometers to 2,700 kilometers).

The payload of selected science instruments includes cameras and spectrometers to produce high-resolution images of Europa's surface and determine its composition. An ice penetrating radar will determine the thickness of the moon's icy shell and search for subsurface lakes similar to those beneath Antarctica. The mission also will carry a magnetometer to measure strength and direction of the moon's magnetic field, which will allow scientists to determine the depth and salinity of its ocean.

A thermal instrument will scour Europa's frozen surface in search of recent eruptions of warmer water, while additional instruments will search for evidence of water and tiny particles in the moon's thin atmosphere. NASA's Hubble Space Telescope observed water vapor above the south polar region of Europa in 2012, providing the first strong evidence of water plumes. If the plumes' existence is confirmed - and they're linked to a subsurface ocean - it will help scientists investigate the chemical makeup of Europa's potentially habitable environment while minimizing the need to drill through layers of ice.

Last year, NASA invited researchers to submit proposals for instruments to study Europa. Thirty-three were reviewed and, of those, nine were selected for a mission that will launch in the 2020s.

"This is a giant step in our search for oases that could support life in our own celestial backyard," said Curt Niebur, Europa program scientist at NASA Headquarters in Washington. "We're confident that this versatile set of science instruments will produce exciting discoveries on a much-anticipated mission."

The NASA selectees are:

Plasma Instrument for Magnetic Sounding (PIMS) -- principal investigator Dr. Joseph Westlake of Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL), Laurel, Maryland. This instrument works in conjunction with a magnetometer and is key to determining Europa's ice shell thickness, ocean depth, and salinity by correcting the magnetic induction signal for plasma currents around Europa.

• Interior Characterization of Europa using Magnetometry (ICEMAG) -- principal investigator Dr. Carol Raymond of NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), Pasadena, California. This magnetometer will measure the magnetic field near Europa and - in conjunction with the PIMS instrument - infer the location, thickness and salinity of Europa's subsurface ocean using multi-frequency electromagnetic sounding.

• Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE) -- principal investigator Dr. Diana Blaney of JPL. This instrument will probe the composition of Europa, identifying and mapping the distributions of organics, salts, acid hydrates, water ice phases, and other materials to determine the habitability of Europa's ocean.

• Europa Imaging System (EIS) -- principal investigator Dr. Elizabeth Turtle of APL. The wide and narrow angle cameras on this instrument will map most of Europa at 50 meter (164 foot) resolution, and will provide images of areas of Europa's surface at up to 100 times higher resolution.

• Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface (REASON) -- principal investigator Dr. Donald Blankenship of the University of Texas, Austin. This dual-frequency ice penetrating radar instrument is designed to characterize and sound Europa's icy crust from the near-surface to the ocean, revealing the hidden structure of Europa's ice shell and potential water within.

• Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS) -- principal investigator Dr. Philip Christensen of Arizona State University, Tempe. This "heat detector" will provide high spatial resolution, multi-spectral thermal imaging of Europa to help detect active sites, such as potential vents erupting plumes of water into space.

• MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa (MASPEX) -- principal investigator Dr. Jack (Hunter) Waite of the Southwest Research Institute (SwRI), San Antonio. This instrument will determine the composition of the surface and subsurface ocean by measuring Europa's extremely tenuous atmosphere and any surface material ejected into space.

• Ultraviolet Spectrograph/Europa (UVS) -- principal investigator Dr. Kurt Retherford of SwRI. This instrument will adopt the same technique used by the Hubble Space Telescope to detect the likely presence of water plumes erupting from Europa's surface. UVS will be able to detect small plumes and will provide valuable data about the composition and dynamics of the moon's rarefied atmosphere.

• SUrface Dust Mass Analyzer (SUDA) -- principal investigator Dr. Sascha Kempf of the University of Colorado, Boulder. This instrument will measure the composition of small, solid particles ejected from Europa, providing the opportunity to directly sample the surface and potential plumes on low-altitude flybys.

Separate from the selectees listed above, the SPace Environmental and Composition Investigation near the Europan Surface (SPECIES) instrument has been chosen for further technology development. Led by principal investigator Dr. Mehdi Benna at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, this combined neutral mass spectrometer and gas chromatograph will be developed for other mission opportunities.

NASA's Science Mission Directorate in Washington conducts a wide variety of research and scientific exploration programs for Earth studies, space weather, the solar system and the universe.

For more information about Europa, visit:

 

http://go.nasa.gov/europanews

 

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Preston Dyches
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-7013
preston.dyches@jpl.nasa.gov

Dwayne Brown
NASA Headquarters, Washington
202-358-1726
dwayne.c.brown@nasa.gov