Europa Źródło zdjęcia: NASA Kliknij, aby powiększyć
Odkrycie, że księżyc Jowisza Europa najprawdopodobniej ma zimny, słony ocean pod zamarzniętą lodową skorupą, umieściło Europę na krótkiej liście obiektów w naszym Układzie Słonecznym, które astrobiolodzy chcieliby zbadać dalej. Na konferencji Earth System Processes II w Calgary w Kanadzie Ron Greeley, geolog planetolog i profesor geologii na Arizona State University w Phoenix w Arizonie, wygłosił wykład podsumowujący to, co wiadomo o Jowiszu i jego księżycach oraz o tym, co pozostaje do odkrycia .
Było sześć statków kosmicznych, które badały system Jowisza. Pierwsze dwa były statkami kosmicznymi Pioneer w latach 70., które leciały przez system Jowisza i dokonały krótkich obserwacji. Po nich nastąpił statek kosmiczny Voyager I i II, który dał nam nasze pierwsze szczegółowe widoki satelitów galilejskich. Ale większość informacji, które uzyskaliśmy, pochodzi z misji Galileo. Niedawno doszło do przelotu statku kosmicznego Cassini, który przeleciał obok Jowisza i dokonał obserwacji w drodze do Saturna, gdzie obecnie działa. Ale prawie wszystko, co wiemy o geologii systemu Jowisza, aw szczególności satelity galilejskie (Io, Europa, Ganymede i Callisto), pochodziły z misji Galileo. Galileo dał nam niewiarygodne bogactwo informacji, które wciąż analizujemy.
Istnieją cztery satelity galilejskie. Io, najbardziej wewnętrzny, jest wulkanicznie najbardziej aktywnym obiektem w Układzie Słonecznym. Energię wewnętrzną czerpie z naprężeń pływowych we wnętrzu, gdy jest popychany między Europą a Jowiszem. Wybuchowy wulkanizm, który tam widzimy, jest bardzo imponujący. Są pióropusze, które są wyrzucane około 200 kilometrów (124 mil) nad powierzchnią. Widzimy także wylewny wulkanizm w postaci lawy wypływającej na powierzchnię. Są to przepływy o bardzo wysokiej temperaturze i bardzo płynne. Na Io widzimy te przepływy rozciągające się na setki kilometrów na powierzchni.
Wszystkie galilejskie satelity znajdują się na orbitach eliptycznych, co oznacza, że czasami są bliżej Jowisza, innym razem są dalej i są popychani przez sąsiadów. To generuje tarcie wewnętrzne do wystarczających poziomów, w przypadku Io, aby stopić wnętrze i „poprowadzić” wulkany. Te same procesy zachodzą w Europie. I istnieje możliwość krzemianowego wulkanizmu, który ma miejsce pod lodową skorupą w Europie.
Ganymede to największy satelita w Układzie Słonecznym. Ma zewnętrzną lodową powłokę. Uważamy, że ma podlodowcowy ocean płynnej wody nad krzemianowym rdzeniem i być może mały wewnętrzny metaliczny rdzeń. Ganymede jest poddawany procesom geologicznym od momentu powstania. Ma złożoną historię, zdominowaną przez procesy tektoniczne. Widzimy połączenie bardzo starych funkcji i bardzo młodych funkcji. Na jego powierzchni widzimy złożone wzory faktur, które przecinają starsze wzory złamań. Powierzchnia jest podzielona na bloki, które zostały przesunięte na nadrzędnym, pozornie płynnym wnętrzu. Widzimy także historię zderzeń z okresu wczesnego bombardowania. Rozszyfrowanie tektonicznej historii Ganymede jest procesem w toku.
Callisto jest najbardziej oddalonym z satelitów galilejskich. Został również poddany bombardowaniu uderzeniowemu, co odzwierciedla ogólnie wczesną historię akrecji Układu Słonecznego, aw szczególności układu Jowisza. Na powierzchni dominują kratery różnej wielkości. Ale byliśmy zaskoczeni widocznym brakiem bardzo małych kraterów uderzeniowych. Widzimy bardzo małe kratery uderzeniowe na jego sąsiadu, Ganymede; nie widzimy ich na Callisto. Sądzimy, że istnieje proces usuwania małych kraterów - ale tylko w wybranych obszarach Księżyca. Jest to tajemnica, która nie została rozwiązana: jaki jest proces usuwania drobnych kraterów w niektórych obszarach, lub alternatywnie, czy nie mogły się tam utworzyć z jakiegoś powodu? Ponownie jest to temat trwających badań.
Chcę przede wszystkim porozmawiać o Europie. Europa jest wielkości księżyca na Ziemi. Jest to przede wszystkim obiekt krzemianowy, ale ma zewnętrzną powłokę z H2O, której powierzchnia jest zamarznięta. Całkowita objętość wody pokrywającej jej krzemianowe wnętrze przekracza całą wodę na Ziemi. Powierzchnia tej wody jest zamarznięta. Pytanie brzmi: co jest pod tą zamrożoną skorupą? Czy na dnie jest stały lód, czy jest ciekły ocean? Uważamy, że pod lodową skórką jest płynna woda, ale tak naprawdę nie wiemy tego na pewno. Nasze pomysły oparte są na modelach i jak wszystkie modele podlegają dalszym badaniom.
Powodem, dla którego uważamy, że w Europie jest płynny ocean, jest zachowanie indukowanego pola magnetycznego wokół Europy, mierzonego magnetometrem na Galileo. Jowisz ma ogromne pole magnetyczne. To z kolei indukuje pole magnetyczne, nie tylko w Europie, ale także w Ganymede i Callisto. Sposób, w jaki zachowuje się indukowane pole magnetyczne, jest spójny z obecnością podpowierzchniowego słonego oceanu płynnego, nie tylko w Europie, ale także w Ganymede i Callisto.
Wiemy, że powierzchnia jest lodem wodnym. Wiemy, że obecne są składniki inne niż lód, w tym różne sole. Wiemy, że powierzchnia została poddana obróbce geologicznej: była wielokrotnie łamana, leczona, rozbijana. Widzimy także stosunkowo niewiele kraterów uderzeniowych na powierzchni. Oznacza to, że powierzchnia jest geologicznie młoda. Europa mogłaby dziś być nawet aktywna geologicznie. W szczególności zdjęcia jednego regionu pokazują powierzchnię, która została poważnie rozbita. Lodowe talerze zostały rozbite i przesunięte na nowe pozycje. Materiał wyciekł między pęknięciami, a następnie najwyraźniej zamarzł, i uważamy, że może to być jedno z miejsc, w których znajdował się materiał upwellingowy, być może napędzany ogrzewaniem pływowym, o którym mówiłem wcześniej.
Często zapominamy o skali rzeczy w naukach planetarnych. Ale te lodowe bloki są ogromne. Kiedy myślimy o przyszłych eksploracjach, chcielibyśmy zejść na powierzchnię i dokonać pewnych kluczowych pomiarów. Musimy więc pomyśleć o systemach statków kosmicznych, które mogłyby wylądować w tego rodzaju terenie. Ponieważ to w tych miejscach materiał może pochodzić spod lodu, mają najwyższy priorytet do eksploracji. A jednak, jak to często bywa w eksploracji planet, najciekawsze miejsca są najtrudniej dostępne.
Co chcielibyśmy wiedzieć? Pierwszym i najbardziej podstawowym jest „pojęcie oceanu”. Czy istnieje płynna woda? Czy skorupa lodowa jest gruba czy cienka? Jeśli jest tam ocean, jak gruba jest ta lodowata skorupa? Jest to bardzo ważne, aby wiedzieć, kiedy myślimy o eksploracji możliwego płynnego oceanu w Europie: Jeśli chcemy dostać się do oceanu, jak głęboko musimy przejść przez lód? Jaki jest wiek powierzchni? Mówimy „młody”, ale to tylko pojęcie względne. Czy to tysiące, setki tysięcy, miliony, a nawet miliardy lat? Modele pozwalają na dość rozległy wiek na podstawie częstotliwości kraterów uderzeniowych. Jakie są obecnie środowiska sprzyjające astrobiologii? A jakie były środowiska w przeszłości? Czy były takie same, czy zmieniły się z czasem? Odpowiedzi na te pytania wymagają nowych danych.
Kolejną rzeczą, która napędza nasze zainteresowanie badaniem satelitów galilejskich, jest próba zrozumienia ich historii geologicznej. Do pewnego stopnia różnorodność, którą widzimy, od Io przez Europę po Ganymede i Callisto, można powiązać z ilością energii pływowej, która napędza system. Maksymalna energia pływów napędza wulkanizm, który jest tak dominujący na Io. Z drugiej strony bardzo mała energia pływowa na Callisto powoduje zachowanie zapisu krateru uderzeniowego. Europa i Ganymede znajdują się pomiędzy tymi dwoma skrajnymi przypadkami.
Łączna powierzchnia trzech lodowych księżyców Jowisza (Europa, Ganymede i Callisto) jest większa niż powierzchnia Marsa, i w rzeczywistości jest w przybliżeniu równoważna całej powierzchni lądowej Ziemi. Kiedy więc omawiamy eksplorację lodowych satelitów galilejskich, istnieje wiele terenów do pokonania.
Co do przyszłych eksploracji, pozwólcie, że podzielę się małą historią. Trzy lata temu NASA utworzyła projekt Prometheus. Projekt Prometheus obejmuje rozwój energetyki jądrowej i napędu jądrowego, co od dłuższego czasu nie było poważnie rozważane. Pierwszą misją, którą wykonano w projekcie Prometeusz, był Jowisz Lodowaty Księżyc Orbiter lub JIMO. Celem było zbadanie trzech lodowych księżyców w kontekście systemu Jowisza. To był bardzo ambitny projekt. Cóż, na początku tego roku JIMO zostało anulowane. Wygląda jednak na to, że w nadchodzącym roku zostanie zatwierdzona geofizyczna orbiter dla Europy. Obecnie rozważane są początkowe kroki w celu uruchomienia tego statku kosmicznego. Europa ma bardzo wysoki priorytet do eksploracji, a uznając ten priorytet, misja ta prawdopodobnie się wydarzy.
Dlaczego jesteśmy tak zainteresowani Europą? Kiedy mówimy o astrobiologii, rozważamy trzy składniki życia: wodę, właściwą chemię i energię. Ich obecność nie oznacza, że kiedykolwiek zaistniała magiczna iskra życia, ale są to rzeczy, które naszym zdaniem są wymagane do życia. I tak, jak wskazałem, wszystkie trzy lodowe księżyce Jowisza są potencjalnymi celami. Ale Europa ma najwyższy priorytet, ponieważ wydaje się, że ma maksymalną energię wewnętrzną.
Oczywiście najpierw chcielibyśmy wiedzieć: czy jest ocean, tak czy nie?
Jaka jest trójwymiarowa konfiguracja lodowej skorupy? Wiemy, że organizmy mogą żyć w szczelinach i pęknięciach na lodzie arktycznym. Takie pęknięcia prawdopodobnie pojawią się również w Europie i mogą być niszami, które są bardzo interesujące dla astrobiologii.
Następnie chcemy zmapować organiczne i nieorganiczne kompozycje powierzchniowe. W danych, które istnieją dzisiaj, widzimy, że powierzchnia jest niejednorodna. To nie tylko czysty lód na powierzchni. Istnieją obszary, które wydają się bogatsze w składniki inne niż lód niż w innych miejscach. Chcemy zmapować ten materiał.
Chcemy również zmapować interesujące elementy powierzchni i zidentyfikować miejsca, które są najważniejsze dla przyszłej eksploracji, w tym lądowniki.
Następnie chcemy zrozumieć Europę w kontekście środowiska Jowisza. Na przykład, w jaki sposób środowisko promieniowania narzucone przez Jowisza wpływa na chemię powierzchni w Europie?
Ostatecznie chcemy zejść na powierzchnię, ponieważ istnieje wiele rzeczy, które możemy zrobić tylko z powierzchni. Mamy ogromne bogactwo danych z misji Galileo i mamy nadzieję, że będziemy mieć jeszcze więcej z potencjalnej misji Europa, ale są to dane z teledetekcji. Następnie chcemy umieścić lądownik na powierzchni, który mógłby wykonać kilka krytycznych pomiarów prawdy gruntowej, aby umieścić dane teledetekcyjne w kontekście. Dlatego w środowisku naukowym uważamy, że następna misja do Europy i systemu Jowisza powinna mieć jakąś paczkę. Ale czy tak się stanie, czy nie, bądź na bieżąco!
Oryginalne źródło: NASA Astrobiology
