Źródło zdjęcia: NASA
Coraz więcej dowodów wskazuje, że Europa, jeden z księżyców Jowisza, ma ocean wody pokryty lodem. Naukowcy spekulują teraz na temat grubości tego lodu, mierząc rozmiar i głębokość 65 kraterów uderzeniowych na powierzchni Księżyca - z tego, co potrafią powiedzieć, wynosi 19 km. Grubość lodu Europy wpłynie na możliwość znalezienia tam życia: zbyt gęsty, a światło słoneczne będzie miało problemy z dotarciem do organizmów fotosyntetycznych.
Szczegółowe mapowanie i pomiary kraterów uderzeniowych na dużych lodowych satelitach Jowisza, opublikowane w czasopiśmie Nature z 23 maja 2002 r., Pokazują, że pływająca skorupa lodowa Europy może mieć grubość co najmniej 19 kilometrów. Pomiary te, dokonane przez Staff Scientist i geologa Dr. Paula Schenka z Lunar and Planetary Institute w Houston, wskazują, że naukowcy i inżynierowie będą musieli opracować nowe i sprytne sposoby poszukiwania życia na zamarzniętym świecie z ciepłym wnętrzem.
Wielka debata na temat pizzy w Europie: „Cienka skórka czy gruba skórka?”
Dowody geologiczne i geofizyczne z Galileo potwierdzają pogląd, że pod lodową powierzchnią Europy istnieje ocean płynnych wód. Debata koncentruje się teraz na tym, jak gruba jest ta lodowata skorupa. Ocean może stopić się przez cienką lodową skorupę o grubości zaledwie kilku kilometrów, odsłaniając wodę i wszystko, co w niej płynie, na światło słoneczne (i promieniowanie). Cienka lodowa skorupa może się stopić, odsłaniając ocean na powierzchnię i zapewniając łatwy dostęp organizmów fotosyntetycznych do światła słonecznego. Gruba skorupa lodowa o grubości kilkudziesięciu kilometrów prawdopodobnie nie stopiłaby się.
Dlaczego grubość lodowatej skorupy Europy jest ważna?
Grubość jest pośrednią miarą tego, ile ciepła pływowego otrzymuje Europa. Ogrzewanie pływowe jest ważne dla oszacowania, ile ciekłej wody znajduje się w Europie i czy na dnie morskim Europy występuje wulkanizm, ale należy ją uzyskać; nie można tego zmierzyć. Nowe oszacowanie 19-kilometrowej grubości jest zgodne z niektórymi modelami ogrzewania pływowego, ale wymaga wielu dodatkowych badań.
Grubość jest ważna, ponieważ kontroluje, w jaki sposób i gdzie biologicznie ważny materiał w oceanie Europy może przenieść się na powierzchnię lub z powrotem do oceanu. Światło słoneczne nie może wnikać więcej niż kilka metrów w lodową skorupę, więc organizmy fotosyntetyczne wymagają łatwego dostępu do powierzchni Europy, aby przetrwać. Więcej na ten temat później.
Grubość ostatecznie decyduje również o tym, w jaki sposób możemy zbadać ocean Europy i poszukać dowodów na życie lub chemię organiczną w Europie. Nie możemy wiercić ani próbkować oceanu bezpośrednio przez tak grubą skorupę i musimy opracować sprytne sposoby poszukiwania materiału oceanicznego, który mógł zostać odsłonięty na powierzchni.
Jak oceniamy grubość skorupy lodowej Europy?
To badanie kraterów uderzeniowych na dużych lodowych satelitach Galilei w Europie opiera się na porównaniu topografii i morfologii krateru uderzeniowego na Europie z tymi na jego siostrzanych lodowych satelitach Ganymede i Callisto. Dr Schenk zmierzył ponad 240 kraterów, z czego 65 w Europie, za pomocą analizy stereograficznej i topograficznej obrazów pozyskanych z kosmosu Voyager i Galileo NASA. Galileo krąży obecnie wokół Jowisza i zmierza w kierunku jego ostatecznego zanurzenia w Jowiszu pod koniec 2003 roku. Chociaż uważa się, że zarówno Ganymede, jak i Callisto mają w sobie oceany płynnej wody, uważa się, że są one również dość głębokie (około 100-200 kilometrów). Oznacza to, że ocean nie wpłynie na większość kraterów i można go użyć do porównania z Europą, gdzie głębokość oceanu jest niepewna, ale prawdopodobnie będzie znacznie płytsza.
Szacunkowa grubość skorupy lodowej Europy oparta jest na dwóch kluczowych obserwacjach. Po pierwsze, kształty większych kraterów Europy różnią się znacznie od kraterów podobnej wielkości na Ganymede i Callisto. Pomiary dr. Schenka pokazują, że kratery o średnicy 8 kilometrów zasadniczo różnią się od kraterów na Ganymede lub Callisto. Wynika to z ciepła dolnej części skorupy lodowej. Siła lodu jest bardzo wrażliwa na temperaturę, a ciepły lód jest miękki i płynie raczej szybko (pomyśl o lodowcach).
Drugim spostrzeżeniem jest to, że morfologia i kształt kraterów w Europie zmieniają się dramatycznie, gdy średnica krateru przekracza ~ 30 kilometrów. Kratery mniejsze niż 30 kilometrów mają kilkaset metrów głębokości i mają rozpoznawalne obręcze i centralne wypory (są to standardowe cechy kraterów uderzeniowych). Pwyll, krater o średnicy 27 kilometrów, jest jednym z największych z tych kraterów.
Z drugiej strony kratery w Europie większe niż 30 kilometrów nie mają felg ani wypustów i mają znikomą ekspresję topograficzną. Raczej otaczają je koncentryczne koryta i grzbiety. Te zmiany w morfologii i topografii wskazują na zasadniczą zmianę właściwości lodowej skorupy Europy. Najbardziej logiczną zmianą jest zmiana z ciała stałego na płynne. Koncentryczne pierścienie w dużych kraterach w Europie są prawdopodobnie spowodowane hurtowym zawaleniem się podłogi krateru. Gdy pierwotnie głęboki otwór krateru zapada się, materiał leżący pod lodową skorupą wpada, by wypełnić pustkę. Ten docierający materiał ciągnie po wierzchniej skorupie, krusząc ją i tworząc obserwowane koncentryczne pierścienie.
Skąd bierze się wartość 19 do 25 kilometrów?
Większe kratery uderzeniowe wnikają głębiej w skorupę planety i są wrażliwe na właściwości na tych głębokościach. Europa nie jest wyjątkiem. Kluczem jest radykalna zmiana morfologii i kształtu przy średnicy krateru wynoszącej ~ 30 kilometrów. Aby tego użyć, musimy oszacować, jak duży był pierwotny krater i jak płytka musi być warstwa cieczy, zanim wpłynie ona na ostateczny kształt krateru uderzeniowego. Wynika to z obliczeń numerycznych i eksperymentów laboratoryjnych dotyczących mechaniki uderzeń. Ten model zawalenia się krateru jest następnie stosowany do konwersji obserwowanej średnicy przejścia na grubość warstwy. Stąd kratery o szerokości 30 kilometrów wykrywają lub wykrywają warstwy o głębokości 19-25 kilometrów.
Jak pewne są te szacunki grubości skorupy lodowej Europy?
Przy użyciu tych technik istnieje niepewność co do dokładnej grubości. Wynika to głównie z niepewności w szczegółach mechaniki kraterów uderzeniowych, których bardzo trudno jest powielić w laboratorium. Niepewności wahają się jednak prawdopodobnie między 10 a 20%, więc możemy być całkiem pewni, że skorupa lodowa Europy nie ma grubości kilku kilometrów.
Czy skorupa lodowa mogła być cieńsza w przeszłości?
W topografii krateru istnieją dowody na to, że grubość lodu na Ganymede zmieniała się z czasem i to samo może dotyczyć Europy. Szacunkowa grubość skorupy lodowej od 19 do 25 kilometrów ma znaczenie dla lodowatej powierzchni, którą widzimy teraz w Europie. Oszacowano, że powierzchnia ta wynosi od 30 do 50 milionów lat. Większość starszych materiałów powierzchni została zniszczona przez tektonizm i wynurzenie. Ta starsza lodowa skorupa mogła być cieńsza niż dzisiejsza skorupa, ale obecnie nie mamy możliwości poznania.
Czy skorupa lodowa w Europie może mieć teraz cienkie miejsca?
Kratery uderzeniowe badane przez dr Schenka zostały rozrzucone po powierzchni Europy. Sugeruje to, że skorupa lodowa jest wszędzie gruba. Mogą istnieć lokalne obszary, w których skorupa jest cienka z powodu większego przepływu ciepła. Ale lód u podstawy skorupy jest bardzo ciepły i jak widzimy w lodowcach tutaj na Ziemi, ciepły lód płynie dość szybko. W rezultacie jakieś? Dziury? w skorupie lodowej Europy zostanie szybko wypełniona przez przepływający lód.
Czy gruba skorupa lodowa oznacza, że w Europie nie ma życia?
Nie! Biorąc pod uwagę, jak mało wiemy o początkach życia i warunkach panujących w Europie, życie jest nadal prawdopodobne. Prawdopodobna obecność wody pod lodem jest jednym z kluczowych składników. Gruba skorupa lodowa sprawia, że fotosynteza jest bardzo mało prawdopodobna w Europie. Organizmy nie miałyby szybkiego ani łatwego dostępu do powierzchni. Jeśli organizmy w Europie mogą przetrwać bez światła słonecznego, grubość skorupy ma drugorzędne znaczenie. W końcu organizmy dobrze sobie radzą na dnie oceanów Ziemi całkiem dobrze bez światła słonecznego, przeżywając na energii chemicznej. Mogłoby to być prawdą w Europie, gdyby żywe organizmy mogły w pierwszej kolejności pochodzić z tego środowiska.
Poza tym lodowa skorupa Europy mogłaby być znacznie cieńsza w odległej przeszłości, a może w pewnym momencie nie istniała, a ocean był odsłonięty nago w kosmosie. Gdyby to była prawda, różne organizmy mogłyby ewoluować, w zależności od chemii i czasu. Gdyby ocean zaczął zamarzać, organizmy, które przeżyły, mogłyby ewoluować do dowolnych środowisk, które pozwoliły im przetrwać, takich jak wulkany na dnie oceanu (jeśli w ogóle powstają wulkany).
Czy możemy odkryć na całe życie w Europie, jeśli skorupa lodowa jest gruba?
Jeśli skorupa rzeczywiście jest tak gruba, wiercenie lub topienie lodu za pomocą robotów na uwięzi byłoby niepraktyczne! Niemniej jednak możemy szukać chemii organicznej oceanów lub życia w innych lokalizacjach. Wyzwaniem będzie dla nas opracowanie sprytnej strategii eksploracji Europy, która nie zanieczyści tego, co jeszcze tam znajduje. Perspektywa grubej skorupy lodowej ogranicza liczbę prawdopodobnych miejsc, w których możemy znaleźć odsłonięty materiał oceaniczny. Najprawdopodobniej materiał oceaniczny będzie musiał zostać zatopiony jako małe bąbelki lub kieszenie lub jako warstwy w lodzie, który został wyniesiony na powierzchnię innymi metodami geologicznymi. Mogą to zrobić trzy procesy geologiczne:
1. Kratery uderzeniowe wydobywają skorupę z głębokości i wyrzucają ją na powierzchnię, gdzie moglibyśmy ją podnieść (50 lat temu mogliśmy podnieść fragmenty meteorytu żelaznego na bokach krateru Meteor w Arizonie, ale większość z nich została do tej pory znaleziona ). Niestety największy znany krater w Europie, Tyr, wydobywał materiał z głębokości zaledwie 3 kilometrów, niewystarczająco głębokiej, aby zbliżyć się do oceanu (ze względu na geometrię i mechanikę kratery wydobywają z górnej części krateru, a nie z dolnej). Jeśli kieszeń lub warstwa materiału oceanicznego zostanie zamrożona w skorupie na małej głębokości, próbka może zostać pobrana przez krater uderzeniowy. Rzeczywiście, podłoga opony ma kolor, który jest nieco bardziej pomarańczowy niż oryginalna skorupa. Jednak mniej więcej połowa Europy była dobrze widziana przez Galileusza, więc większy krater może być obecny po słabo widocznej stronie. Będziemy musieli wrócić, aby się dowiedzieć.
2. Istnieją mocne dowody na to, że lodowa skorupa Europy jest nieco niestabilna i była (lub jest) konwekcyjna. Oznacza to, że plamy z głębokiego skorupy ziemskiej wznoszą się w górę w kierunku powierzchni, gdzie czasami są odsłonięte jako kopuły o szerokości kilku kilometrów (pomyśl Lava Lamp, z wyjątkiem tego, że plamy są miękkim materiałem stałym, takim jak Silly Putty). Każdy materiał oceaniczny osadzony w dolnej skorupie może być następnie wystawiony na powierzchnię. Proces ten może potrwać tysiące lat, a narażenie na śmiertelne promieniowanie Jowisza byłoby co najmniej nieprzyjazne! Ale przynajmniej moglibyśmy zbadać i spróbować tego, co pozostało.
3. Ponowne wynurzenie szerokich obszarów powierzchni Europy, gdzie lodowa skorupa dosłownie rozerwała się i rozpadła. Te obszary nie są puste, ale zostały wypełnione nowym materiałem od dołu. Nie wydaje się, aby obszary te zostały zalane materiałem oceanicznym, a raczej miękkim ciepłym lodem z dna skorupy. Mimo to jest bardzo możliwe, że materiał oceaniczny można znaleźć w tym nowym materiale skorupy ziemskiej.
Nasze rozumienie powierzchni i historii Europy jest nadal bardzo ograniczone. Mogą wystąpić nieznane procesy, które spowodują wypłynięcie materiału oceanicznego na powierzchnię, ale pokaże tylko powrót do Europy.
Co dalej z Europą?
Po niedawnym odwołaniu proponowanego Europa Orbiter z powodu przekroczenia kosztów, jest to dobry czas, aby ponownie przeanalizować naszą strategię eksploracji oceanu Europy. Związane okręty podwodne i głębokie sondy wiertnicze są raczej niepraktyczne w tak głębokiej skorupie, ale lądowniki lądowe mogą być jednak bardzo ważne. Zanim wyślemy lądownik na powierzchnię, powinniśmy wysłać misję zwiadowczą na orbicie Jowisza lub na orbitę Europy w celu znalezienia odsłonięcia materiału oceanicznego i cienkich plam w skorupie oraz zbadania najlepszych miejsc lądowania. Taka misja wykorzystywałaby znacznie ulepszone możliwości mapowania w podczerwieni do identyfikacji minerałów (w końcu instrumenty Galileo mają prawie 25 lat). Instrumenty stereo i laserowe byłyby wykorzystywane do mapowania topograficznego. Wraz z badaniami grawitacji dane te mogą zostać wykorzystane do wyszukiwania stosunkowo cienkich obszarów lodowej skorupy. Wreszcie Galileo zaobserwował mniej niż połowę Europy przy rozdzielczości wystarczającej do mapowania, w tym kraterów uderzeniowych. Na przykład kratery na tej słabo widocznej półkuli mogą wskazywać, czy skorupa lodowa Europy była cieńsza w przeszłości.
Lander dla Europy?
Lądownik z sejsmometrem mógł nasłuchiwać trzęsień Europy generowanych przez codzienne siły pływowe wywierane przez Jowisza i Io. Fale sejsmiczne można wykorzystać do precyzyjnego mapowania głębokości na dno skorupy lodowej, a być może również na dno oceanu. Pokładowe analizatory chemiczne będą następnie wyszukiwać cząsteczki organiczne lub inne znaczniki biologiczne i potencjalnie określać chemię oceanów, jeden z podstawowych wskaźników perspektyw Europy jako „zamieszkałej”? planeta. Taki lądownik prawdopodobnie musiałby wywiercić kilka metrów, aby przejść przez strefę uszkodzenia promieniowaniem na powierzchni. Dopiero po zakończeniu tych misji możemy rozpocząć prawdziwą eksplorację tego kuszącego księżyca wielkości planety. Parafrazując Monty Python: „Jeszcze nie jest martwy !?
Oryginalne źródło: USRA News Release
