אירופה נחשב למקום מבטיח לקיום חיים חוץ ארציים. באוקיינוס התת-קרקעי קיימים שני התנאים ההכרחיים לקיום חיים: מים נוזליים ואפשרויות להפקת אנרגיה בתהליכים ביוכימיים. לפיכך מתוכננות משימות חקר רובוטיות לבדיקת האוקיינוס התת-קרקעי.
מי האוקיינוס התת-קרקעי חמימים ומכילים מינרלים וחומרים היכולים לשמש למזון, שמאפשרים באופן תאורטי את התפתחותן של צורות חיים פשוטות, כמו בקטריות, המתבססות על חילוף חומרים ללא חמצן (כמו שיש באגם ווסטוק). בשכבות המים העליונות יכולות אפילו להיווצר אצות (אבל לא בהיקף גדול כמו בכדור הארץ) בשל הסדקים בשכבת הקרח.
לעומת זאת, חלק מהמדענים חושבים שאין סיכוי רב לקיום חיים באירופה. לפי דעתם, העובדה שיש בתוך הקרח כמויות גדולות של חומצה גופרתית יש בה כדי לשלול קיומם של חיים שם, שכן חומצה גופרתית היא חומר רעיל אפילו בשביל בקטריות זוללות חומצה. מאידך גיסא, טיעון נגד הוא שהחומצה הגופריתית היא מחמצן מוכר, ויכולה לסייע בהפקת אנרגיה מתרכובות.
מחקר.
מיפויו של הירח נעשה באמצעות מכלול התצלומים של חלליות הוויאג'ר, הגליליאו והניו הורייזונס. התצלומים הראשונים שהגיעו מחלליות הוויאג'ר אישרו תצפיות טלסקופיות שחלקים נרחבים מפני הירח מכוסים בקרח מים. חלליות הוויאג'ר הבחינו גם בקטבים המגנטיים. מצלמות הגליליאו שהן בעלות רזולוציה גבוהה מאלה של חלליות הוויאג'ר איפשרו להבחין בסוגים שונים של הרצועות: המדידות שנעשו על ידי הוויאג'רים לא היו מדויקות מכיוון שהרזולוציות היו נמוכות - רזולוציה מרחבית של 900 קילומטר לפיקסל, אבל המדידות שנעשו על ידי הגלילאו היו אפקטיביות יותר הודות לרזולוציה גבוהה יותר - 80–200 ק"מ לפיקסל. החללית גלילאו של נאס"א ששוגרה מהמעבורת אטלנטיס ב-1989 לצדק, הביאה במסעה לתגליות רבות וסיפקה למדענים נתונים למחקר שיארוך עשרות שנים. גלילאו חקרה את צדק וכמה מירחיו. אחת התגליות החשובות של הגליליאו הייתה קיומו של אוקיינוס המורכב ממים מלוחים מתחת לפני השטח של אירופה. על אף שעד לשנת 2007 אירופה נחקר רק על ידי גשושיות שעברו בסמוך אליו, התכונות המסתוריות של אירופה היו הבסיס לכמה הצעות מחקר שאפתניות:
נאס"א מתכננת לשגר בשנת 2024 גשושית בשם קליפר אירופה שתיכנס למסלול סביב צדק ותחקור את אירופה באמצעות 45 יעפים בקרבתו. הגשושית לא תיכנס למסלול סביבו עקב הקרינה העזה בקרבת צדק, שתקצר באופן משמעותי את חיי המשימה. נאס"א שוקלת גם להוסיף למשימה, או לשגר כמשימה נפרדת, נחתת אירופה בשנת 2025-2024..
גם סוכנות החלל האירופאית מתכננת לשגר משימה בשנת 2022 אל עבר הירח אירופה (שני יעפים), JUICE , אך זו תתמקד בשני הירחים הקרחיים האחרים של צדק - קליסטו ובמיוחד בגנימד.
לאירופה יש פרופיל תקשורתי גבוה בגלל האפשרות שיש עליו חיים, וקיימת פעילות שדלנות קבועה על מנת להבטיח את המשך המחקר עליו.
חשמל
חשמל הוא קבוצה של תופעות פיזיקליות הקשורות לנוכחות ולתנועה של מטען חשמלי. נוכחות של מטען חשמלי, אשר יכול להיות חיובי או שלילי, מייצרת שדה חשמלי. כל חלקיק טעון חשמלית יכול לגרום לתופעות חשמליות, אך בטבע רוב התופעות החשמליות נובעות מהמטען החשמלי של אלקטרונים ופרוטונים בלבד.
התנועה של מטענים חשמליים היא זרם חשמלי ומייצרת שדה מגנטי. תופעות החשמל והמגנטיות קשורות זו בזו, ויחדיו נחשבות לכוח יסודי בטבע, כלומר כוח שלא ניתן לתאר אותו כתוצאה של כוחות אחרים, וקרוי הכוח האלקטרומגנטי. תופעות נפוצות רבות קשורות בחשמל, כגון ברקים, חשמל סטטי, ועוד.
לחומרים שונים תכונות חשמליות שונות, בשל אופן חלוקת ופיזור האלקטרונים בתוכם. ישנם חומרים, מתכות בעיקר, המכילים אלקטרונים חופשיים – אלקטרונים שאינם בקשר הדוק לאטומים – שמאפשרים תנועה של האלקטרונים בתוכם, תופעה הקרויה זרם חשמלי. חומרים כאלו מכונים מוליכים, על שם יכולתם להוליך חשמל.
חומרים אחרים ניחנים ביכולת לצבור עודף או חוסר של אלקטרונים, אך מגלים התנגדות לזרימה חופשית של אלקטרונים, והם קרויים חומרים מבודדים. כך ניתן לראות בחוטי החשמל בבתים חומר מוליך – על פי רוב נחושת – העטוף בפלסטיק מבודד, על מנת למנוע זליגה מסוכנת של אלקטרונים מהחוט.
במצבו הבסיסי אטום מאוזן בין מטען חיובי לשלילי, אך בחומרים מבודדים ניתן להחסיר או להוסיף אלקטרונים. בשני המקרים נבנה עודף של מטען, שלילי בהוספת אלקטרונים, וחיובי בהסרתם. בשל כוחות הדחייה והמשיכה, עודף זה שואף למצב של איזון: אם נצמיד חומר המכיל עודף לחומר בו קיים חוסר ינועו האלקטרונים מהעודף לחוסר, כלומר ייווצר זרם חשמל. גם אם נחבר חומר מוליך בין עודף לחוסר תיווצר תנועה זו. כך מתחולל זרם חשמלי במוליך.
את שני סוגי המטען החשמלי מסמנים למשל על סוללות, שבקצה אחד יש כמות גדולה יותר של אלקטרונים והוא מסומן במינוס (-) והקצה הנגדי, בו ישנו מספר קטן יותר של אלקטרונים מסומן בפלוס (+). מטענם של האלקטרונים מוגדר כשלילי, ובלב גרעין האטום קיימים פרוטונים, שמטענם מוגדר כחיובי. להבדיל מהאלקטרונים, בלב האטום פועל כוח נוסף, הכוח החזק, שכובל את גרעין האטום ומונע לרוב מהפרוטונים לנוע כמו האלקטרונים.
היסטוריה.
טרם המהפכה המדעית.
כבר מימי קדם זיהו בטבע תופעות שונות של חשמל ושל מגנטיות, אך הקשר בין חשמל ומגנטיות לא היה ידוע, מושג המטען החשמלי טרם הוכר וכלל לא הובנה המשמעות המקיפה של האינטראקציה בין המטענים.
כוחות המשיכה והדחייה של החשמל מוכרים כבר מימי קדם ואף ייתכן שהפרתים או אולי הסאסאנים ייצרו מעיין סוללות פרימיטיביות – התגלו שרידים של כדים המכילים מוטות ברזל ונחושת שהופרדו בזפת, שהיא חומר מבודד. כל שנדרש להפוך כדים אלה לסוללה הוא נוזל כגון מיץ לימון, ובניסוי הוכח שעוצמת כמה סוללות פרימיטיביות כאלו המחוברות יחדיו די בה לגרום לשוק חשמלי מורגש היטב. ייתכן שהשימוש בהן היה למטרת הפגנת מעין כוח קסם, אך קיימות תאוריות אחרות שמדובר בכדים לאחסון טקסטים קדושים. אם אכן היה מדובר בסוללות, תגלית זו נשכחה ואבדה.
לעומת זאת תועד היטב שליוונים הקדמונים היה ידוע שלאחר שפשוף נמרץ למשך כחצי דקה של ענבר עם פרווה פיסות הענבר יידחו זו מזו, אך תידבקנה לפרווה. התופעה מובנת כיום כמשיכה של הענבר שממנו נקרעו אלקטרונים בשל השפשוף אל פרווה בה הצטברו אלקטרונים בתהליך השפשוף, ומנגד דחייה בין פיסות הענבר שמטענן הכולל חיובי בשל קריעת האלקטרונים.
עד המאה ה-17 זוהו חומרים רבים נוספים ששפשוף ביניהם גורם לכוחות כאלו, וניתן היה לסדר את החומרים במדרג מסודר לפי מידת כוח הדחייה שייווצר בשפשוף פיסות החומר מול חומר הממוקם רחוק מהם באותו מידרג. רשימת החומרים הלכה והתרחבה וכללה למשל זכוכית, גופרית ואפילו מוצק שייצרו מחלב.
מהמהפכה המדעית ועד ימינו.
ב חקר תופעת החשמל צבר תאוצה. התגלה שאם לוקחים חומרים רחוקים מאוד ביניהם במדרג ומשפשפים אותם בחומר שנמצא בלב המדרג ייווצר ניצוץ כשמקרבים אותם אחד לשני. עקב תגליות אלה בנג'מין פרנקלין תיאר את החשמל כמעין נוזל בלתי נראה שממלא גופים, כך שאם בגוף מסוים יש עודף של הנוזל החשמלי הוא טעון במטען חיובי ואם יש בו מחסור בנוזל החשמלי הוא טעון בסימן שלילי. פרנקלין קבע כי בשפשוף זכוכית בפרווה, אותו "נוזל חשמלי" עובר מהפרווה לזכוכית ולכן היא נטענת במטען חיובי. הוא הגיע למסקנה שהכוחות החשמליים גדלים ככל שהגופים טעונים יותר וכן ככל שהגופים קרובים זה לזה, וכך התגלתה תכונה יסודית נוספת של הכוח החשמלי – הוא פועל ביחס הפוך למרחק.
פרנקלין המשיך בניסוייו, ונטל על עצמו סיכון גדול בבואו להוכיח שהברק הוא התגלמות רבת עוצמה של ניצוץ חשמלי. הוא העיף עפיפון הקשור בחוט מתכת בעיצומה של סופת ברקים, ושמח לגלות שאכן קיבל מכת חשמל בעת שהבריק ברק, וכך הוכיח את ההשערה שלו.
בתחילת המאה ה-19, במהלך הרצאה שגרתית על חשמל באוניברסיטה, שם לב הנס כריסטיאן ארסטד כי בעת שמנתקים ומחברים זרם חשמל ליד מצפן מחט המצפן סוטה לרגע. בכך התגלה שיש קשר הדוק בין תופעת החשמל ותופעת המגנטיות. מאוחר יותר ניסח הפיזיקאי הדגול מקסוול מערכת של ארבע משוואות, שתיארה במדויק כיצד הכוח החשמלי והמגנטי שלובים זה בזה ולמעשה מדובר בכוח יחיד.
בתקופה זו גם התגלה בניסויים שמעין קרן אור בצבע מוזר נוצרת בשפופרת זכוכית ריקה מאוויר, שבקצותיה היו מחטי מתכת המחוברות למקור חשמל. תגלית זו הובילה לשלל ניסויים במתקן החדש, שכונה שפופרת קרן קתודית. מחקר זה הוביל בתחילת המאה ה-20 לפיתוחן של שפופרות הריק, שאפשרו שליטה רבה על זרם החשמל. השפופרות הבסיסיות היו הדיודה – שהעבירה זרם חשמלי בכיוון אחד בלבד, והטריודה שמאפשרת לשלוט בזרם רב עוצמה על ידי זרם חשמלי חלש, כמעין ברז שפתיחתו וסגירתו מאפשרת שליטה בזרם. שפופרות הריק פתחו את עידן האלקטרוניקה על שלל שימושיה.
אטימולוגיה.
ויליאם גילברט טבע את המילה הלטינית "אלקטריקוס" מהמילה היוונית "אלקטרון" שמשמעותה ענבר, לתיאור תופעת המשיכה של גופים קטנים לאחר שפשופם. לאור העובדה שבתרגום השבעים תורגמה המילה "חשמל" (למשל: ) במילה היוונית "אלקטרון", חידש יהודה לייב גורדון את המילה "חשמל" בעברית כתרגום לאותו מושג בלטינית, אף שמשמעותו המדויקת השתנתה מאז ימיו של גילברט.
מושגי יסוד בתורת החשמל הקלאסית.
מטען חשמלי.