Credit de imagine: NASA
Dovada demonstrează că Europa, una dintre lunile din Jupiter, are un ocean de apă acoperit de o foaie de gheață. Oamenii de știință speculează acum cât de gros este această gheață prin măsurarea dimensiunii și adâncimii a 65 de cratere de impact pe suprafața Lunii - din ceea ce pot spune, este de 19 km. Grosimea gheții Europei va avea un impact asupra posibilității de a găsi viață acolo: prea groasă și lumina solară va avea probleme pentru a ajunge la organisme fotosintetice.
Cartografierea detaliată și măsurătorile craterelor de impact pe sateliții mari ai lui Jupiter, raportate în numărul 23 de mai 2002 al jurnalului Nature, dezvăluie că învelișul de gheață plutitor al Europei poate avea o grosime de cel puțin 19 kilometri. Aceste măsurători, de către personalul științific și geolog Dr. Paul Schenk, de la Institutul Lunar și Planetar din Houston, indică faptul că oamenii de știință și ingineri vor trebui să dezvolte mijloace noi și inteligente de a căuta viața în lumea înghețată, cu un interior cald.
Marea dezbatere Europa Pizza: „Crusta subțire sau crusta groasă?”
Dovezile geologice și geofizice de la Galileo susțin ideea că un ocean de apă lichidă există sub suprafața glaciară a Europei. Dezbaterea se concentrează acum asupra cât de gros este această coajă înghețată. Un ocean s-ar putea topi printr-o coajă subțire de gheață, la doar câțiva kilometri grosime expunând apă și orice înot în el la lumina soarelui (și radiații). O coajă subțire de gheață s-ar putea topi, expunând oceanul la suprafață și acordând acces ușor al organismelor fotosintetice la lumina soarelui. Este foarte puțin probabil să se topească o coajă de gheață groasă de zeci de kilometri.
De ce este importantă grosimea coajei glaciare a Europei?
Grosimea este o măsură indirectă a câtă cantitate de încălzire în mare are Europa. Încălzirea cu mare este importantă pentru a estima cantitatea de apă lichidă pe Europa și dacă există un vulcanism pe fundul mării Europei, dar trebuie să fie derivată; nu poate fi măsurat. Noua estimare a unei grosimi de 19 kilometri este în concordanță cu unele modele pentru încălzirea în mare, dar necesită mult studiu suplimentar.
Grosimea este importantă deoarece controlează modul în care materialul biologic important din oceanul Europei se poate deplasa la suprafață sau înapoi în ocean. Lumina soarelui nu poate pătrunde mai mult de câțiva metri în învelișul înghețat, astfel încât organismele fotosintetice necesită un acces ușor la suprafața Europei pentru a supraviețui. Mai multe despre acest subiect mai târziu.
De asemenea, grosimea va determina modul în care putem explora oceanul Europei și vom căuta dovezi cu privire la orice viață sau chimie organică pe Europa. Nu putem găuri sau proba direct oceanul printr-o crustă atât de groasă și trebuie să dezvoltăm modalități inteligente de a căuta materialul oceanic care ar fi putut fi expus la suprafață.
Cum estimăm grosimea coajei de gheață a Europei?
Acest studiu privind craterele de impact pe sateliții mari galilei ghelei ai Europei se bazează pe o comparație a topografiei și morfologiei craterului de impact pe Europa cu cele ale satelitelor sale satelite Ganymede și Callisto. Peste 240 de cratere, 65 dintre ele pe Europa, au fost măsurate de Dr. Schenk folosind analiza stereo și topografică a imaginilor obținute de la navele spațiale Voyager și Galileo de la NASA. Galileo orbitează în prezent pe Jupiter și se îndreaptă spre scufundarea sa finală în Jupiter la sfârșitul anului 2003. Deși se crede că atât Ganymede cât și Callisto au oceane cu apă lichidă în interior, sunt de asemenea deduse a fi destul de adânci (aproximativ 100-200 de kilometri). Aceasta înseamnă că majoritatea craterelor nu vor fi afectate de oceane și pot fi utilizate pentru comparație cu Europa, unde adâncimea până la ocean este incertă, dar probabil că va fi mult mai mică.
Estimarea grosimii cojii de gheață a Europei se bazează pe două observații cheie. Prima este că formele craterelor mai mari ale Europei diferă semnificativ de craterele similare de pe Ganymede și Callisto. Măsurătorile Dr. Schenk arată că craterele cu o lungime de peste 8 kilometri diferă fundamental de cele de pe Ganymede sau Callisto. Acest lucru se datorează căldurii părții inferioare a cochiliei. Puterea gheții este foarte sensibilă la temperatură, iar gheața caldă este moale și curge destul de repede (credeți că ghețarii).
A doua observație este că morfologia și forma craterelor de pe Europa se schimbă dramatic, deoarece diametrele craterelor depășesc ~ 30 de kilometri. Craterele mai mici de 30 de kilometri au câteva sute de metri adâncime și au jante recunoscute și ascensoare centrale (acestea sunt caracteristici standard ale craterelor de impact). Pwyll, un crater de 27 de kilometri, este unul dintre cele mai mari dintre aceste cratere.
Craterele de pe Europa mai mari de 30 de kilometri, pe de altă parte, nu au jante sau înălțări și au o expresie topografică neglijabilă. Mai degrabă, sunt înconjurați de seturi de jgheaburi concentrice și creste. Aceste modificări ale morfologiei și topografiei indică o schimbare fundamentală a proprietăților crustei glaciare a Europei. Cea mai logică schimbare este de la solid la lichid. Inelele concentrice din craterele mari europene se datorează probabil colapsului cu ridicata al podelei craterului. Pe măsură ce orificiul inițial al craterului adânc se prăbușește, materialul care stă la baza crustei înghețate se grăbește să umple golul. Acest material inrositor se trage de crusta suprapusă, fracturând-o și formând inelele concentrice observate.
De unde vine valoarea de 19 - 25 de kilometri?
Craterele cu impact mai mare pătrund mai profund în scoarța unei planete și sunt sensibile la proprietățile de la aceste adâncimi. Europa nu face excepție. Cheia este schimbarea radicală a morfologiei și a formei la un diametru de crater ~ 30 km. Pentru a utiliza acest lucru, trebuie să estimăm cât de mare a fost craterul inițial și cât de superficial trebuie să existe un strat lichid înainte să poată afecta forma finală a craterului de impact. Acest lucru este derivat din calcule numerice și experimente de laborator în mecanica impactului. Acesta este modelul de colaps al craterului? este apoi utilizat pentru a converti diametrul de tranziție observat într-o grosime pentru strat. Prin urmare, craterele cu o lungime de 30 de kilometri detectează sau detectează straturi de adâncime de 19-25 de kilometri.
Cât de sigure sunt aceste estimări ale grosimii coajei de gheață a Europei?
Există o anumită incertitudine în grosimea exactă folosind aceste tehnici. Acest lucru se datorează mai ales incertitudinilor privind detaliile mecanicii de cratere a impactului, care sunt foarte dificil de duplicat în laborator. Incertitudinile sunt probabil între 10 și 20%, cu toate acestea, putem fi sigur că învelișul de gheață al Europei nu are o grosime de câțiva kilometri.
Ar putea fi coaja de gheață în trecut?
Există dovezi în topografia craterului că grosimea gheții de pe Ganymede s-a schimbat de-a lungul timpului și același lucru ar putea fi valabil și pentru Europa. Estimarea pentru grosimea cochiliei de gheață cuprinsă între 19 și 25 de kilometri este relevantă pentru suprafața glaciară pe care o vedem acum pe Europa. Se estimează că această suprafață este de 30 până la 50 de milioane de ani sau cam așa ceva. Majoritatea materialelor de suprafață mai vechi decât aceasta au fost distruse de tectonism și refacerea suprafeței. Această crustă glaciară mai veche ar fi putut fi mai subțire decât crusta de astăzi, dar în prezent nu avem cum să știm.
Ar putea gheata de pe Europa să aibă pete subțiri acum?
Craterele de impact pe care le-a studiat Dr. Schenk au fost împrăștiate pe suprafața Europei. Acest lucru sugerează că învelișul de gheață este gros peste tot. Ar putea exista zone locale în care coaja este subțire din cauza fluxului de căldură mai mare. Dar gheața de la baza cochiliei este foarte caldă și așa cum vedem în ghețarii de pe Pământ, gheața caldă curge destul de rapid. Drept urmare, orice „găuri”? în stratul de gheață al Europei se va umple rapid curgând gheață.
O coajă groasă de gheață înseamnă că nu există viață pe Europa?
Nu! Având în vedere cât de puțin știm despre originile vieții și condițiile din Europa, viața este încă plauzibilă. Prezența probabilă a apei sub gheață este unul dintre ingredientele cheie. O coajă groasă de gheață face fotosinteza extrem de improbabilă pe Europa. Organismele nu ar avea acces rapid sau ușor la suprafață. Dacă organismele din Europa pot supraviețui fără lumina soarelui, atunci grosimea cochiliei are o importanță secundară. La urma urmei, organismele se descurcă destul de bine pe fundul oceanelor Pământului destul de bine fără lumina soarelui, supraviețuind din energia chimică. Acest lucru ar putea fi valabil pe Europa, dacă este posibil ca organismele vii să aibă originea în acest mediu în primul rând.
Atunci, de asemenea, coaja de gheață a Europei ar fi putut fi mult mai subțire în trecutul îndepărtat, sau poate că nu a existat la un moment dat și oceanul a fost expus gol în spațiu. Dacă acest lucru ar fi adevărat, atunci o varietate de organisme ar putea evolua, în funcție de chimie și timp. Dacă oceanul ar începe să înghețe, organismele supraviețuitoare ar putea apoi să evolueze la orice mediu le-a permis să supraviețuiască, cum ar fi vulcanii de pe fundul oceanului (dacă vulcanii se formează deloc).
Putem explora viața pe Europa dacă coaja de gheață este groasă?
Dacă crusta este într-adevăr atât de groasă, atunci găurirea sau topirea prin gheață cu roboți legați ar fi imposibil! Cu toate acestea, putem căuta chimia organică a oceanelor sau viața în alte locații. Provocarea va fi pentru noi să elaboreze o strategie inteligentă pentru explorarea Europei care să nu contamineze ceea ce există încă. Perspectiva unei cochilii groase de gheață limitează numărul de situri în care am putea găsi material oceanic expus. Cel mai probabil, materialul oceanic va trebui să fie încorporat sub formă de bule mici sau buzunare sau ca straturi din gheață care au fost aduse la suprafață prin alte mijloace geologice. Trei procese geologice ar putea face acest lucru:
1. Craterele cu impact sapă materialul crust din adâncime și îl scoate pe suprafață, unde l-am putea ridica (acum 50 de ani am putea ridica fragmente de meteorit de fier pe flancurile Meteor Crater din Arizona, dar majoritatea au fost găsite până acum ). Din păcate, cel mai mare crater cunoscut de pe Europa, Pneul, a excavat material de la doar 3 kilometri adâncime, nu suficient de adânc pentru a ajunge aproape de ocean (datorită geometriei și mecanicii, craterele săpate din partea superioară a craterului, nu din partea inferioară). Dacă un buzunar sau un strat de material oceanic ar fi înghețat în scoarță la adâncime mică, acesta poate fi eșantionat de un crater de impact. Într-adevăr, podeaua Pneului are o culoare care este puțin mai portocalie decât crusta inițială. Cu toate acestea, aproximativ jumătate din Europa a fost bine văzută de Galileo, astfel încât un crater mai mare ar putea fi prezent pe partea slab văzută. Va trebui să ne întoarcem pentru a afla.
2. Există dovezi puternice potrivit cărora învelișul glaciar al Europei este oarecum instabil și a fost (sau este) convectiv. Aceasta înseamnă că tâmpenii de material crust adânc se ridică în sus spre suprafața unde sunt uneori expuși sub formă de cupole cu lățimea de câțiva kilometri (gândiți-vă lava Lămpii, cu excepția faptului că roșii sunt materiale solide moi precum Silly Putty). Orice material oceanic încorporat în scoarța inferioară ar putea fi apoi expus la suprafață. Acest proces ar putea dura mii de ani, iar expunerea la radiațiile letale ale lui Jupiter ar fi neprietenoase să spunem cel puțin! Dar cel puțin am putea investiga și mostra ceea ce rămâne în urmă.
3. Refacerea suprafețelor largi ale suprafeței Europei în care coaja glaciară s-a rupt și s-a despărțit literalmente. Aceste zone nu sunt goale, dar au fost umplute cu material nou de jos. Aceste zone nu par să fi fost inundate de materiale oceanice, ci mai degrabă de gheață moale și caldă de pe fundul crustei. În ciuda acestui fapt, este foarte posibil să se găsească material oceanic în acest nou material crustal.
Înțelegerea noastră despre suprafața și istoria Europei este încă foarte limitată. S-ar putea să apară procese necunoscute care aduc materialul oceanic la suprafață, dar doar o revenire la Europa va spune.
Ce urmează pentru Europa?
Cu anularea recentă a unui Europa Orbiter propus din cauza depășirilor de costuri, acesta este un moment bun pentru reexaminarea strategiei noastre de explorare a oceanului Europei. Submarinele tetiere și sondele de foraj adânc sunt destul de nepracticabile într-o crustă atât de adâncă, însă totuși terenurile de suprafață ar putea fi foarte importante. Înainte de a trimite un lander la suprafață, ar trebui să trimitem o misiune de recunoaștere, pe Jupiter sau pe orbita Europa, pentru a căuta expuneri de materiale oceanice și puncte subțiri în scoarță și pentru a cerceta cele mai bune locuri de aterizare. O astfel de misiune ar folosi capacitățile de cartografiere cu infraroșu îmbunătățite pentru identificarea mineralelor (la urma urmei, instrumentele Galileo au aproape 25 de ani). Instrumentele stereo și laser ar fi utilizate pentru cartografierea topografică. Împreună cu studii de gravitație, aceste date ar putea fi utilizate pentru a căuta regiuni relativ subțiri ale crustei glaciare. În cele din urmă, Galileo a observat mai puțin de jumătate din Europa la rezoluții suficiente pentru cartografiere, inclusiv craterele de impact. Craterele din această emisferă slab văzută, de exemplu, ar putea indica dacă în trecut coaja de gheață a Europei a fost mai subțire.
Un Lander pentru Europa?
Un lander cu un seismometru putea asculta cutremurele europene generate de forțele de maree zilnice exercitate de Jupiter și Io. Valurile seismice pot fi folosite pentru a cartografia cu precizie adâncimea până la fundul învelișului de gheață și, eventual, și partea inferioară a oceanului. Analizatorii chimici de la bord ar căuta apoi molecule organice sau alți trasori biologici și ar putea determina chimia oceanică, unul dintre indicatorii fundamentali ai perspectivelor Europei ca „locuit”? planetă. Un astfel de lander ar trebui probabil să găurească câțiva metri pentru a trece prin zona de deteriorare a radiațiilor la suprafață. Numai după ce aceste misiuni vor fi în curs, putem începe adevărata explorare a acestei lungi talente dimensiuni a planetei. Pentru a-l parafraza pe Monty Python, „încă nu este mort !?
Sursa originală: Comunicat de presă USRA
