Quando Galileu apontou seu telescópio para Júpiter há 400 anos, ele viu três bolhas de luz ao redor do planeta gigante, que ele a princípio pensou serem estrelas fixas. Ele continuou olhando e, eventualmente, viu uma quarta bolha e notou que as bolhas estavam se movendo. A descoberta de Galileu de objetos orbitando algo diferente da Terra - que chamamos de luas galileanas em sua homenagem - desferiu um golpe na visão de mundo ptolomaica (geocêntrica) da época.
Galileu não poderia ter previsto a era da exploração espacial em que estamos vivendo agora. Avanço rápido de 400 anos, e aqui estamos. Sabemos que a Terra não ocupa nenhum ponto central. Descobrimos milhares de outros planetas, e muitos deles terão suas próprias luas. Galileu ficaria surpreso com isso.

O que ele pensaria sobre missões robóticas para explorar uma das bolhas de luz que ele viu?

A lua de Júpiter, Europa, é o alvo mais atraente na busca por vida em nosso Sistema Solar. Europa está coberta por uma camada de gelo com 15 a 25 quilômetros de espessura. Sob o gelo há um oceano entre 75 e 85 quilômetros (46 a 53 milhas) de espessura.

Isso significa que esta lua, a menor das quatro luas galileanas, poderia ter três vezes mais água do que a Terra. A água é quente e salgada, e isso significa que Europa pode estar abrigando uma vida simples.

A NASA está enviando o tão esperado Europa Clipper para a lua congelada em 2024 (programado) para explorar seu potencial de suporte à vida. Não enviará uma sonda à superfície e, de fato, não orbitará a própria Europa; em vez disso, orbitará Júpiter e realizará uma série de sobrevoos de Europa.

Mas um dia enviaremos um explorador robótico à superfície de Europa. E a única coisa melhor do que enviar um robô para explorar Europa é enviar um enxame de robôs para fazê-lo. Essa é a ideia por trás do conceito Sensing With Independent Micro-Swimmers (SWIM).

Um engenheiro de robótica do JPL da NASA recebeu US$ 600.000 em financiamento de um programa da NASA para desenvolver o conceito. O engenheiro é Ethan Schaler, e esta é a segunda rodada de financiamento que o Innovative Advanced Concepts (NIAC) da NASA concedeu a ele. Na fase 1 do programa NIAC, ele recebeu US$ 125.000.

A ideia básica por trás do conceito SWIM é estender o alcance de coleta de dados de uma missão Europa e coletar um tamanho de amostra maior.

O conceito SWIM de Schaler descreve como uma espaçonave enviada para Europa ou outro destino semelhante, como a lua de Saturno Enceladus, poderia usar um enxame de robôs para maior eficácia. Um módulo de pouso chegaria à superfície e implantaria um criobot projetado para viajar através da camada de gelo até o oceano. Uma vez lá, o criobot implantaria cerca de quatro dúzias de pequenos robôs do tamanho de um telefone celular. O criobot teria espaço para esses robôs independentes, além de volume suficiente para hospedar seus próprios instrumentos, que coletariam dados durante a longa descida pelo gelo e no oceano.

O criobot seria conectado ao módulo de aterrissagem por meio de um cabo de comunicação, e o módulo de pouso de superfície estacionário seria o ponto de comunicação para os controladores de missão baseados na Terra. Mas os robôs SWIM menores seriam independentes.

De acordo com Schaler, os bots independentes resolvem alguns dos problemas associados a uma missão à Europa coletando dados mais robustos.

“Minha ideia é, onde podemos pegar a robótica miniaturizada e aplicá-la de maneiras novas e interessantes para explorar nosso sistema solar?” disse Schaler. “Com um enxame de pequenos robôs nadadores, somos capazes de explorar um volume muito maior de água do oceano e melhorar nossas medições ao ter vários robôs coletando dados na mesma área”.

O grupo de robôs SWIM independentes resolveria outro problema associado à exploração de mundos oceânicos cobertos de gelo. A única maneira viável de atravessar a camada de gelo de 15 a 25 km de Europa é com calor. O criobot abriria caminho através de todo aquele gelo com uma fonte de energia nuclear quente. Devido a restrições de design e missão, o criobot provavelmente não viajaria além do ponto em que rompeu o fundo do gelo e atingiu o oceano. A fonte de calor nuclear do criobot aqueceria a água nas proximidades do criobot, e as reações químicas mudariam a natureza da água, poluindo os dados e degradando seu valor. Os robôs SWIM independentes poderiam escapar dessa bolha de calor e obter uma imagem mais precisa do oceano de Europa.

Samuel Howell é um cientista da NASA/JPL envolvido na missão Europa Clipper. Ele também faz parte da equipe que desenvolve o conceito SWIM. "E se, depois de todos esses anos que levou para entrar em um oceano, você atravessar a concha de gelo no lugar errado? E se houver sinais de vida lá, mas não onde você entrou no oceano?" disse Howell. "Ao trazer esses enxames de robôs conosco, seríamos capazes de olhar 'lá' para explorar muito mais nosso ambiente do que um único criobot permitiria."

Howell apontou as semelhanças entre o SWIM e o Ingenuity, o pequeno helicóptero que viajou para Marte com o Perseverance Rover.

“O helicóptero estende o alcance do rover e as imagens que ele está enviando de volta são contexto para ajudar o rover a entender como explorar seu ambiente”, disse ele. "Se ao invés de um helicóptero você tivesse um monte, você saberia muito mais sobre seu ambiente. Essa é a ideia por trás do SWIM."

Schaler diz que os bots individuais também podem agir juntos em um enxame, se desejado, assim como os bandos de peixes. Essa manobra pode desempenhar um papel crítico na busca por vida, identificando gradientes de energia ou salinidade. Gradientes de energia são considerados críticos para o desenvolvimento da vida porque a vida basicamente se alimenta deles. A vida explora gradientes de energia para fazer cópias cada vez melhores de si mesma que se espalham pelo ambiente, procurando outros gradientes de energia para explorar. (Na verdade, de certa forma, a vida existe para achatar os gradientes de energia e espalhar a entropia até que não haja ordem no universo, mas isso é um pouco fora do tópico. Leia isto se você estiver curioso:"Física, Vida, e tudo de bom.")

"Se houver gradientes de energia ou gradientes químicos, é assim que a vida pode começar a surgir. Precisaríamos subir a corrente do criobot para detectá-los", disse Schaler.

Os SWIM-bots teriam instrumentos para medir temperatura e salinidade. Eles também medirão acidez e pressão, e cada um terá seus próprios sistemas de propulsão e comunicação.

O conceito SWIM é um passo fascinante no esforço de explorar a Europa. Ele lida com alguns dos problemas inerentes à exploração de um oceano enterrado sob gelo, seja em Europa ou em uma das outras luas oceânicas com conchas de gelo do Sistema Solar. Mas existem outros obstáculos para explorar essas luas, e alguns deles podem ser extraordinariamente difíceis de superar.

Europa só tem um oceano por causa de sua proximidade com Júpiter. À medida que a lua orbita o planeta gasoso, a flexão das marés aquece Europa o suficiente para manter a água em seu estado líquido. Mas essa proximidade e a flexão das marés têm um custo:Júpiter emite radiação poderosa. Tão poderoso, de fato, que a missão Juno da NASA para Júpiter mantém seus instrumentos sensíveis dentro de um cofre de titânio para proteção. Ele também segue uma órbita polar que o ajuda a evitar o pior da radiação. Mas a cada órbita, a abóbada de titânio é degradada pela radiação até que os instrumentos sejam tão danificados que a missão terminará efetivamente.

Qualquer missão para a Europa terá que lidar com essa radiação de alguma forma, embora a barreira de gelo forneça alguma proteção para o criobot e os SWIM-bots.

Outro problema é colocar uma espaçonave com segurança na superfície de Europa. As imagens mostram uma superfície fraturada coberta de blocos de gelo em alguns locais. Outras áreas são divididas com fendas. A região equatorial de Europa pode ser dominada por penitentes, picos de gelo de até 15 metros (49 pés) de altura. Manobrar para um local de pouso pode ser muito difícil. Ao contrário de Marte, onde os rovers estudam a superfície em detalhes e podem ajudar os planejadores de missões a encontrar pontos de pouso seguros e cientificamente valiosos, a superfície de Europa não está bem mapeada. Também não é tão bem compreendido. A superfície pode ser tão dura ou tão macia que é difícil projetar uma espaçonave que possa pousar com sucesso na superfície gelada.

Mas enquanto o conceito SWIM é apenas um conceito neste momento, o Europa Clipper não é. Os cientistas esperam que o Clipper seja capaz de mapear a superfície de Europa tanto quanto o Mars Reconnaissance Orbiter fez para Marte. Os dados do Clipper devem ajudar uma sonda a lidar com a superfície de Europa.

Espero que todo o capital intelectual gasto na exploração da Europa pague dividendos. O próprio Europa Clipper não alcançará a órbita de Júpiter até 2030. Portanto, teremos que esperar muito tempo antes que uma missão chegue à superfície de Europa. E a primeira missão de superfície pode nem ter um criobot para perfurar o gelo e estudar o oceano.

Mas um dia, salvo o colapso da sociedade ou qualquer outra coisa apocalíptica, vamos colocar uma espaçonave lá e explorar. Se você for jovem o suficiente quando estiver lendo isso, talvez esteja vivo para ouvir os gritos de "Eureka!" enquanto cientistas animados anunciam a descoberta de micróbios no vasto oceano da Europa. + Explorar mais

Um enxame de pequenos robôs nadadores pode procurar vida em mundos distantes