Πιστωτική εικόνα: NASA
Τα στοιχεία αποδεικνύουν ότι η Europa, ένα από τα φεγγάρια του Δία, έχει έναν ωκεανό νερού που καλύπτεται από ένα φύλλο πάγου. Οι επιστήμονες εικάζουν τώρα πόσο παχύ είναι αυτός ο πάγος μετρώντας το μέγεθος και το βάθος των 65 κρατήρων πρόσκρουσης στην επιφάνεια του φεγγαριού - από αυτά που μπορούν να πουν, είναι 19 χλμ. Το πάχος του πάγου της Ευρώπης θα έχει αντίκτυπο στη δυνατότητα εύρεσης ζωής εκεί: πολύ παχύ και το φως του ήλιου θα δυσκολευτεί να φθάσει τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς.
Λεπτομερής χαρτογράφηση και μετρήσεις κρατήρων κρούσης στους μεγάλους παγωμένους δορυφόρους του Δία, που αναφέρθηκαν στο τεύχος του περιοδικού Nature, στις 23 Μαΐου 2002, αποκαλύπτουν ότι το πλωτό κέλυφος της Ευρώπης μπορεί να έχει πάχος τουλάχιστον 19 χιλιομέτρων. Αυτές οι μετρήσεις, από τον Επιστήμονα του Προσωπικού και τον γεωλόγο Dr. Paul Schenk, στο Σεληνιακό και Πλανητικό Ινστιτούτο του Χιούστον, δείχνουν ότι οι επιστήμονες και οι μηχανικοί θα πρέπει να αναπτύξουν νέα και έξυπνα μέσα αναζήτησης της ζωής στον παγωμένο κόσμο με ένα ζεστό εσωτερικό.
Η μεγάλη συζήτηση για την πίτσα Europa: "Thin Crust or Thick Crust;"
Γεωλογικά και γεωφυσικά στοιχεία από το Galileo υποστηρίζουν την ιδέα ότι υπάρχει ένας ωκεανός υγρού νερού κάτω από την παγωμένη επιφάνεια της Ευρώπης. Η συζήτηση επικεντρώνεται τώρα στο πόσο παχύ είναι αυτό το παγωμένο κέλυφος. Ένας ωκεανός θα μπορούσε να λιώσει μέσα από ένα λεπτό κέλυφος πάγου μόνο λίγα χιλιόμετρα εκθέτοντας νερό και οτιδήποτε κολυμπά σε αυτό στο φως του ήλιου (και στην ακτινοβολία). Ένα λεπτό κέλυφος πάγου θα μπορούσε να λιώσει, εκθέτοντας τον ωκεανό στην επιφάνεια και παρέχοντας εύκολη πρόσβαση των φωτοσυνθετικών οργανισμών στο φως του ήλιου. Ένα παχύ κέλυφος πάγου δεκάδων χιλιομέτρων θα ήταν πολύ απίθανο να λιώσει.
Γιατί είναι σημαντικό το πάχος του παγωμένου κελύφους της Ευρώπης;
Το πάχος είναι ένα έμμεσο μέτρο του πόσο παλιρροιακή θέρμανση λαμβάνει η Europa. Η παλιρροιακή θέρμανση είναι σημαντική για την εκτίμηση του πόσιμου υγρού νερού στην Ευρώπη και εάν υπάρχει ηφαιστειακός βυθός στο Europa, αλλά πρέπει να προέρχεται. δεν μπορεί να μετρηθεί. Η νέα εκτίμηση πάχους 19 χιλιομέτρων είναι σύμφωνη με ορισμένα μοντέλα παλιρροιακής θέρμανσης, αλλά απαιτεί πολύ επιπλέον μελέτη.
Το πάχος είναι σημαντικό διότι ελέγχει πώς και πού μπορεί να μετακινηθεί στην επιφάνεια ή πίσω στον ωκεανό βιολογικά σημαντικό υλικό στον ωκεανό της Ευρώπης. Το φως του ήλιου δεν μπορεί να διεισδύσει περισσότερο από λίγα μέτρα στο παγωμένο κέλυφος, οπότε οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί απαιτούν εύκολη πρόσβαση στην επιφάνεια του Europa για να επιβιώσουν. Περισσότερα σχετικά με αυτό το θέμα αργότερα.
Το πάχος θα καθορίσει επίσης τελικά πώς μπορούμε να εξερευνήσουμε τον ωκεανό της Ευρώπης και να αναζητήσουμε στοιχεία για οποιαδήποτε ζωή ή οργανική χημεία στην Ευρώπη. Δεν μπορούμε να τρυπήσουμε ή να δοκιμάσουμε τον ωκεανό απευθείας μέσω ενός τόσο παχύρρευστου φλοιού και πρέπει να αναπτύξουμε έξυπνους τρόπους για να ψάξουμε για ωκεανό υλικό που μπορεί να έχει εκτεθεί στην επιφάνεια.
Πώς εκτιμούμε το πάχος του κελύφους πάγου της Ευρώπης;
Αυτή η μελέτη των κρατήρων κρούσης στους μεγάλους παγωμένους δορυφόρους της Γαλιλαίας της Ευρώπης βασίζεται σε σύγκριση της τοπογραφίας και της μορφολογίας του κρατήρα κρούσης στην Ευρώπη με εκείνες των παγωμένων δορυφόρων Ganymede και Callisto. Πάνω από 240 κρατήρες, 65 από αυτούς στην Ευρώπη, έχουν μετρηθεί από τον Δρ Schenk χρησιμοποιώντας στερεοφωνική και τοπογραφική ανάλυση εικόνων που αποκτήθηκαν από το διαστημόπλοιο Voyager και Galileo της NASA. Το Galileo βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Δία και κατευθύνεται προς την τελική του κατάβαση στον Δία στα τέλη του 2003. Αν και πιστεύεται ότι τόσο ο Ganymede όσο και ο Callisto έχουν υγρούς ωκεανούς νερού, υποτίθεται επίσης ότι είναι αρκετά βαθιά (περίπου 100-200 χιλιόμετρα). Αυτό σημαίνει ότι οι περισσότεροι κρατήρες δεν θα επηρεαστούν από τους ωκεανούς και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σύγκριση με τον Europa, όπου το βάθος προς τον ωκεανό είναι αβέβαιο, αλλά πιθανότατα θα είναι πολύ μικρότερο.
Η εκτίμηση του πάχους του κελύφους πάγου της Ευρώπης βασίζεται σε δύο βασικές παρατηρήσεις. Το πρώτο είναι ότι τα σχήματα των μεγαλύτερων κρατήρων της Ευρώπης διαφέρουν σημαντικά από τους κρατήρες παρόμοιου μεγέθους στο Ganymede και το Callisto. Οι μετρήσεις του Δρ Schenk δείχνουν ότι οι κρατήρες μεγαλύτερου των 8 χιλιομέτρων διαφέρουν ουσιαστικά από αυτούς του Ganymede ή του Callisto. Αυτό οφείλεται στη ζεστασιά του κάτω μέρους του κελύφους πάγου. Η αντοχή του πάγου είναι πολύ ευαίσθητη στη θερμοκρασία και ο ζεστός πάγος είναι μαλακός και ρέει αρκετά γρήγορα (σκεφτείτε τους παγετώνες).
Η δεύτερη παρατήρηση είναι ότι η μορφολογία και το σχήμα των κρατήρων στην Ευρώπη αλλάζουν δραματικά καθώς οι διάμετροι του κρατήρα υπερβαίνουν τα ~ 30 χιλιόμετρα. Οι κρατήρες μικρότεροι από 30 χιλιόμετρα έχουν βάθος εκατοντάδων μέτρων και έχουν αναγνωρίσιμα ζάντες και κεντρικά ανυψωτικά (αυτά είναι τυπικά χαρακτηριστικά των κρατήρων κρούσης). Ο Pwyll, ένας κρατήρας 27 χιλιόμετρα απέναντι, είναι ένας από τους μεγαλύτερους από αυτούς τους κρατήρες.
Από την άλλη πλευρά, οι κρατήρες στην Ευρώπη μεγαλύτερα από 30 χιλιόμετρα, δεν έχουν ζάντες ή ανυψώσεις και έχουν αμελητέα τοπογραφική έκφραση. Μάλλον περιβάλλονται από σύνολα ομόκεντρων γούρνων και κορυφογραμμών. Αυτές οι αλλαγές στη μορφολογία και την τοπογραφία δείχνουν μια θεμελιώδη αλλαγή στις ιδιότητες του παγωμένου φλοιού της Ευρώπης. Η πιο λογική αλλαγή είναι από στερεό σε υγρό. Οι ομόκεντροι δακτύλιοι σε μεγάλους ευρωπαϊκούς κρατήρες οφείλονται πιθανώς στη χονδρική κατάρρευση του δαπέδου του κρατήρα. Καθώς καταρρέει η αρχικά βαθιά τρύπα του κρατήρα, το υλικό που βρίσκεται κάτω από την παγωμένη κρούστα μπαίνει για να γεμίσει το κενό. Αυτό το υλικό εισροής σέρνει την υπερκείμενη κρούστα, το σπάει και σχηματίζει τους παρατηρούμενους ομόκεντρους δακτυλίους.
Από πού προέρχεται η τιμή των 19 έως 25 χιλιομέτρων;
Μεγαλύτεροι κρατήρες πρόσκρουσης διεισδύουν βαθύτερα στον φλοιό ενός πλανήτη και είναι ευαίσθητοι στις ιδιότητες σε αυτά τα βάθη. Η Ευρώπη δεν αποτελεί εξαίρεση. Το κλειδί είναι η ριζική αλλαγή στη μορφολογία και το σχήμα σε διάμετρο κρατήρα ~ 30 χιλιομέτρων. Για να το χρησιμοποιήσουμε αυτό, πρέπει να εκτιμήσουμε πόσο μεγάλο ήταν το αρχικό κρατήρα και πόσο ρηχό πρέπει να είναι ένα υγρό στρώμα πριν μπορέσει να επηρεάσει το τελικό σχήμα του κρατήρα πρόσκρουσης. Αυτό προέρχεται από αριθμητικούς υπολογισμούς και εργαστηριακά πειράματα σε μηχανικούς κρούσης. Αυτό το μοντέλο κατάρρευσης κρατήρα; Στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της παρατηρούμενης διαμέτρου μετάβασης σε πάχος για το στρώμα. Ως εκ τούτου, οι κρατήρες πλάτους 30 χιλιομέτρων ανιχνεύουν ή ανιχνεύουν στρώματα βάθους 19-25 χιλιομέτρων.
Πόσο σίγουρες είναι αυτές οι εκτιμήσεις για το πάχος του κελύφους πάγου της Europa;
Υπάρχει κάποια αβεβαιότητα στο ακριβές πάχος χρησιμοποιώντας αυτές τις τεχνικές. Αυτό οφείλεται κυρίως στην αβεβαιότητα των λεπτομερειών των μηχανικών κρατήρων κρούσης, οι οποίες είναι πολύ δύσκολο να αναπαραχθούν στο εργαστήριο. Ωστόσο, οι αβεβαιότητες είναι μόνο μεταξύ 10 και 20%, επομένως μπορούμε να είμαστε αρκετά σίγουροι ότι το κέλυφος πάγου της Ευρώπης δεν έχει πάχος λίγων χιλιομέτρων.
Θα μπορούσε το πάγο του πάγου να ήταν πιο λεπτό στο παρελθόν;
Υπάρχουν στοιχεία στην τοπογραφία του κρατήρα ότι το πάχος του πάγου στο Ganymede έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου και το ίδιο μπορεί να ισχύει και για την Ευρώπη. Η εκτίμηση για το πάχος του κελύφους πάγου από 19 έως 25 χιλιόμετρα σχετίζεται με την παγωμένη επιφάνεια που βλέπουμε τώρα στην Ευρώπη. Αυτή η επιφάνεια εκτιμάται ότι είναι 30 έως 50 εκατομμύρια χρόνια περίπου. Τα περισσότερα επιφανειακά υλικά παλαιότερα από αυτό έχουν καταστραφεί από τεκτονισμό και επανεμφάνιση. Αυτή η παλαιότερη παγωμένη κρούστα θα μπορούσε να ήταν πιο λεπτή από τη σημερινή κρούστα, αλλά προς το παρόν δεν έχουμε κανέναν τρόπο να γνωρίζουμε.
Μπορεί το κέλυφος πάγου στην Ευρώπη να έχει λεπτά σημεία τώρα;
Οι κρατήρες κρούσης που μελέτησε ο Δρ Schenk ήταν διάσπαρτοι σε όλη την επιφάνεια της Ευρώπης. Αυτό υποδηλώνει ότι το κέλυφος του πάγου είναι παχύ παντού. Θα μπορούσαν να υπάρχουν τοπικές περιοχές όπου το κέλυφος είναι λεπτό λόγω της υψηλότερης ροής θερμότητας. Αλλά ο πάγος στη βάση του κελύφους είναι πολύ ζεστός και όπως βλέπουμε στους παγετώνες εδώ στη Γη, ο ζεστός πάγος ρέει αρκετά γρήγορα. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν; τρύπες; στο πάγο του Europa θα γεμίσει γρήγορα από ρέον πάγο.
Μήπως ένα παχύ κέλυφος πάγου σημαίνει ότι δεν υπάρχει ζωή στην Ευρώπη;
Οχι! Δεδομένου του πόσο λίγα γνωρίζουμε για την προέλευση της ζωής και τις συνθήκες μέσα στην Ευρώπη, η ζωή είναι ακόμα εύλογη. Η πιθανή παρουσία νερού κάτω από τον πάγο είναι ένα από τα βασικά συστατικά. Ένα παχύ κέλυφος πάγου κάνει τη φωτοσύνθεση πολύ απίθανη στην Ευρώπη. Οι οργανισμοί δεν θα έχουν γρήγορη ή εύκολη πρόσβαση στην επιφάνεια. Εάν οι οργανισμοί εντός της Ευρώπης μπορούν να επιβιώσουν χωρίς ηλιακό φως, τότε το πάχος του κελύφους είναι δευτερεύουσας σημασίας. Εξάλλου, οι οργανισμοί τα πηγαίνουν αρκετά καλά στον πυθμένα των ωκεανών της Γης χωρίς το φως του ήλιου, επιβιώνοντας με χημική ενέργεια. Αυτό θα μπορούσε να ισχύει για την Ευρώπη εάν είναι δυνατόν οι ζωντανοί οργανισμοί να προέρχονται από αυτό το περιβάλλον.
Και πάλι, το κέλυφος πάγου της Ευρώπης θα μπορούσε να ήταν πολύ πιο λεπτό στο μακρινό παρελθόν, ή ίσως δεν υπήρχε σε κάποιο σημείο και ο ωκεανός εκτέθηκε γυμνός στο διάστημα. Εάν αυτό ήταν αλήθεια, τότε μια ποικιλία οργανισμών θα μπορούσε να εξελιχθεί, ανάλογα με τη χημεία και το χρόνο. Εάν ο ωκεανός άρχισε να παγώνει, οι επιζώντες οργανισμοί θα μπορούσαν στη συνέχεια να εξελιχθούν σε οποιοδήποτε περιβάλλον τους επέτρεπε να επιβιώσουν, όπως ηφαίστεια στον πυθμένα του ωκεανού (εάν σχηματίζονται καθόλου ηφαίστεια).
Μπορούμε να εξερευνήσουμε για όλη τη ζωή στην Ευρώπη εάν το κέλυφος του πάγου είναι παχύ;
Εάν η κρούστα είναι πράγματι τόσο παχιά, τότε η διάτρηση ή η τήξη του πάγου με δεμένα ρομπότ δεν θα ήταν πρακτική! Παρ 'όλα αυτά, μπορούμε να αναζητήσουμε οργανική χημεία ωκεανών ή ζωή σε άλλες τοποθεσίες. Η πρόκληση θα είναι να επινοήσουμε μια έξυπνη στρατηγική για την εξερεύνηση της Ευρώπης που δεν θα μολύνει αυτό που υπάρχει, ωστόσο, το βρίσκουμε. Η προοπτική ενός παχιού κελύφους πάγου περιορίζει τον αριθμό των πιθανών τοποθεσιών όπου ενδέχεται να βρούμε εκτεθειμένο ωκεάνιο υλικό. Πιθανότατα, το υλικό των ωκεανών θα πρέπει να ενσωματωθεί ως μικρές φυσαλίδες ή τσέπες ή ως στρώματα εντός πάγου που έχουν μεταφερθεί στην επιφάνεια με άλλα γεωλογικά μέσα. Τρεις γεωλογικές διεργασίες θα μπορούσαν να το κάνουν αυτό:
1. Οι κρατήρες κρούσης ανασκάπτουν το υλικό του φλοιού από το βάθος και το εκτοξεύουν στην επιφάνεια, όπου θα μπορούσαμε να το παραλάβουμε (πριν από 50 χρόνια θα μπορούσαμε να συλλέξουμε θραύσματα μετεωρίτη σιδήρου στις πλευρές του κρατήρα Meteor στην Αριζόνα, αλλά τα περισσότερα έχουν βρεθεί μέχρι τώρα ). Δυστυχώς, ο μεγαλύτερος γνωστός κρατήρας στην Ευρώπη, η Tyre, ανασκάφησε υλικό από βάθος μόλις 3 χιλιομέτρων, όχι αρκετά βαθιά για να φτάσει κοντά στον ωκεανό (λόγω γεωμετρίας και μηχανικής, οι κρατήρες εκσκαφούν από το άνω μέρος του κρατήρα, όχι το χαμηλότερο). Εάν ένας θύλακας ή στρώμα υλικού ωκεανού καταψύχθηκε στο φλοιό σε ρηχό βάθος, μπορεί να γίνει δειγματοληψία από κρατήρα κρούσης. Πράγματι, το δάπεδο του ελαστικού έχει ένα χρώμα που είναι ελαφρώς πιο πορτοκαλί από το αρχικό φλοιό. Ωστόσο, περίπου το ήμισυ της Ευρώπης ήταν ορατό από τον Γαλιλαίο, οπότε ένας μεγαλύτερος κρατήρας μπορεί να είναι παρών στην κακή πλευρά. Θα πρέπει να επιστρέψουμε για να μάθουμε.
2. Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι το παγωμένο κέλυφος της Ευρώπης είναι κάπως ασταθές και έχει (ή) μεταφέρεται. Αυτό σημαίνει ότι οι σταγόνες από βαθύ φλοιό υλικό ανεβαίνουν προς τα πάνω προς την επιφάνεια όπου μερικές φορές εκτίθενται ως θόλοι πλάτους αρκετά χιλιομέτρων (σκεφτείτε το Lava Lamp, εκτός από το ότι οι σταγόνες είναι μαλακό στερεό υλικό όπως το Silly Putty). Τυχόν ωκεανό υλικό που είναι ενσωματωμένο στον κάτω φλοιό θα μπορούσε στη συνέχεια να εκτεθεί στην επιφάνεια. Αυτή η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει χιλιάδες χρόνια και η έκθεση στη θανατηφόρα ακτινοβολία του Δία θα ήταν λιγότερο φιλική για να πούμε το λιγότερο! Αλλά τουλάχιστον θα μπορούσαμε να ερευνήσουμε και να δείξουμε τι μένει πίσω.
3. Επανεμφάνιση ευρέων περιοχών της επιφάνειας της Ευρώπης όπου το παγωμένο κέλυφος έχει κυριολεκτικά σχιστεί και χωριστεί. Αυτές οι περιοχές δεν είναι κενές αλλά έχουν γεμίσει με νέο υλικό από κάτω. Αυτές οι περιοχές δεν φαίνεται να έχουν πλημμυρίσει από ωκεανό υλικό, αλλά από μαλακό ζεστό πάγο από τον πυθμένα του φλοιού. Παρ 'όλα αυτά είναι πολύ πιθανό το ωκεάνιο υλικό να βρεθεί μέσα σε αυτό το νέο υλικό φλοιού.
Η κατανόησή μας για την επιφάνεια και την ιστορία της Ευρώπης είναι ακόμη πολύ περιορισμένη. Θα μπορούσαν να προκύψουν άγνωστες διεργασίες που φέρνουν το ωκεάνιο υλικό στην επιφάνεια, αλλά μόνο μια επιστροφή στην Ευρώπη θα το πει.
Τι ακολουθεί για την Europa;
Με την πρόσφατη ακύρωση ενός προτεινόμενου Europa Orbiter λόγω υπερβολικών δαπανών, είναι καλή στιγμή να επανεξετάσουμε τη στρατηγική μας για την εξερεύνηση του ωκεανού της Ευρώπης. Τα δεμένα υποβρύχια και οι ανιχνευτές βαθιάς διάτρησης είναι μάλλον ανέφικτοι σε μια τόσο βαθιά κρούστα, αλλά τα επιφανειακά προσγειωμένα θα μπορούσαν να είναι πολύ σημαντικά. Πριν στείλουμε έναν εκφορτωτή στην επιφάνεια, θα πρέπει να στείλουμε μια αποστολή αναγνώρισης, είτε σε τροχιά του Δία ή της Ευρώπης, για να ψάξουμε για εκθέσεις υλικού ωκεανού και λεπτών κηλίδων στο φλοιό και για να εντοπίσουμε τους καλύτερους ιστότοπους προσγείωσης. Μια τέτοια αποστολή θα κάνει χρήση των πολύ βελτιωμένων δυνατοτήτων χαρτογράφησης υπέρυθρων για την αναγνώριση ορυκτών (εξάλλου, τα όργανα Galileo είναι σχεδόν 25 ετών). Στερεοφωνικά και λέιζερ όργανα θα χρησιμοποιηθούν για τοπογραφική χαρτογράφηση. Μαζί με μελέτες βαρύτητας, αυτά τα δεδομένα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αναζήτηση σχετικά λεπτών περιοχών του παγωμένου φλοιού. Τέλος, ο Galileo παρατήρησε λιγότερο από το ήμισυ του Europa σε ψηφίσματα επαρκή για χαρτογράφηση, συμπεριλαμβανομένων κρατήρων αντίκτυπου. Οι κρατήρες σε αυτό το φτωχό ημισφαίριο, για παράδειγμα, θα μπορούσαν να δείξουν εάν το κέλυφος πάγου της Ευρώπης ήταν πιο λεπτό στο παρελθόν.
Ένας Lander για την Europa;
Ένας εκφορτωτής με σεισμόμετρο θα μπορούσε να ακούσει για σεισμούς ευρω-Ευρώπης που δημιουργούνται από τις καθημερινές παλιρροιακές δυνάμεις που ασκούνται από τον Δία και τον Ιω. Τα σεισμικά κύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να χαρτογραφήσουν με ακρίβεια το βάθος στο κάτω μέρος του κελύφους πάγου, και ενδεχομένως και στον πυθμένα του ωκεανού. Οι χημικοί αναλυτές επί του σκάφους θα έψαχναν τότε οργανικά μόρια ή άλλους βιολογικούς ιχνηθέτες και θα μπορούσαν ενδεχομένως να καθορίσουν τη χημεία των ωκεανών, έναν από τους θεμελιώδεις δείκτες των προοπτικών της Europa ως «κατοικημένου». πλανήτης. Ένας τέτοιος εκφορτωτής πιθανότατα θα χρειαζόταν να τρυπήσει αρκετά μέτρα για να περάσει από τη ζώνη ζημιάς από την ακτινοβολία στην επιφάνεια. Μόνο αφού ξεκινήσουν αυτές οι αποστολές μπορούμε τότε να ξεκινήσουμε την πραγματική εξερεύνηση αυτού του δελεαστικού φεγγαριού σε μέγεθος πλανήτη. Για να παραφράσω τον Monty Python, δεν είναι ακόμα νεκρός !;
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων USRA
