Bildekreditt: NASA
Bevisene monteres på at Europa, en av månene til Jupiter, har et hav av vann dekket av et isark. Forskere spekulerer nå om hvor tykk isen er ved å måle størrelsen og dybden på 65 slagkratere på månens overflate - fra hva de kan fortelle, er det 19 km. Tykkelsen på Europas is vil ha innvirkning på muligheten for å finne liv der: for tykt og sollys vil ha problemer med å nå fotosyntetiske organismer.
Detaljert kartlegging og måling av påvirkningskrater på Jupiters store iskaldte satellitter, rapportert i 23. mai 2002, utgaven av tidsskriftet Nature, avslører at Europas flytende isskall kan være minst 19 kilometer tykt. Disse målingene, av Staff Scientist og geolog Dr. Paul Schenk, ved Houston Lunar and Planetary Institute, indikerer at forskere og ingeniører vil måtte utvikle nye og smarte måter å søke etter livet på den frosne verdenen med et varmt interiør.
The Great Europa Pizza Debate: “Tynn skorpe eller tykk skorpe?”
Geologiske og geofysiske bevis fra Galileo støtter ideen om at et flytende vannhav eksisterer under den iskalde overflaten av Europa. Debatten sentrerer nå om hvor tykt dette isete skallet er. Et hav kan smelte gjennom et tynt isskall, bare noen kilometer tykt og utsette vann og alt som svømmer i det for sollys (og stråling). Et tynt isskall kunne smelte gjennom, eksponere havet for overflaten og gi lett tilgang til fotosyntetiske organismer til sollys. Et tykt isskall som er titalls kilometer tykt, vil være lite sannsynlig å smelte gjennom.
Hvorfor er tykkelsen på Europas isete skall viktig?
Tykkelsen er et indirekte mål på hvor mye tidevannsvarme Europa får. Tidevannsoppvarming er viktig for å estimere hvor mye flytende vann som er i Europa og om det er vulkan på Europas havbunn, men det må avledes. det kan ikke måles. Det nye anslaget på en tykkelse på 19 kilometer stemmer overens med noen modeller for tidevannsoppvarming, men krever mye tilleggsstudie.
Tykkelsen er viktig fordi den styrer hvordan og hvor biologisk viktig materiale i Europas hav kan bevege seg til overflaten, eller tilbake til havet. Sollys kan ikke trenge mer enn noen få meter inn i det iskalde skallet, så fotosyntetiske organismer krever lett tilgang til Europas overflate for å overleve. Mer om dette senere.
Tykkelsen vil også til syvende og sist bestemme hvordan vi kan utforske Europas hav og søke etter bevis på liv eller organisk kjemi på Europa. Vi kan ikke bore eller prøve havet direkte gjennom en så tykk skorpe og må utvikle smarte måter å søke etter havmateriale som kan ha blitt eksponert på overflaten.
Hvordan estimerer vi tykkelsen på Europas isskall?
Denne studien av påvirkningskrater på de store iskalde galisiske satellittene i Europa er basert på en sammenligning av topografien og morfologien til påvirkningskrater på Europa med de på søsteren, iskaldte satellitter Ganymede og Callisto. Over 240 kratere, 65 av dem på Europa, er blitt målt av Dr. Schenk ved bruk av stereo og topografisk analyse av bilder anskaffet fra NASAs Voyager og Galileo romfartøy. Galileo går for tiden i bane rundt Jupiter og drar mot sitt endelige stup i Jupiter i slutten av 2003. Selv om både Ganymede og Callisto antas å ha flytende vannhav inne, antas de også å være ganske dypt (omtrent 100-200 kilometer). Dette betyr at de fleste kratere vil være upåvirket av havene og kan brukes til sammenligning med Europa, der dybden til havet er usikker, men sannsynligvis vil være mye grunnere.
Anslaget på tykkelsen på Europas isskall er basert på to nøkkelobservasjoner. Den første er at formene til Europas større kratre skiller seg betydelig fra kratere av lignende størrelse på Ganymede og Callisto. Dr. Schenk sine målinger viser at kratere som er større enn 8 kilometer over hele grunnen er forskjellige fra dem på Ganymede eller Callisto. Dette skyldes varmen til den nedre delen av isskjellet. Styrken til is er veldig følsom for temperatur og varm is er myk og flyter ganske raskt (tenk breer).
Den andre observasjonen er at morfologi og form på kratere på Europa endres dramatisk når kraterdiametere overstiger ~ 30 kilometer. Kratere mindre enn 30 kilometer er flere hundre meter dype og har gjenkjennelige felger og sentrale løft (dette er standardtrekk ved slagkratere). Pwyll, et krater 27 kilometer over, er en av de største av disse kratrene.
Kratere på Europa større enn 30 kilometer har derimot ingen felger eller løft og har ubetydelig topografisk uttrykk. Snarere er de omgitt av sett med konsentriske renner og rygger. Disse endringene i morfologi og topografi indikerer en grunnleggende endring i egenskapene til den iskalde skorpen i Europa. Den mest logiske endringen er fra fast til flytende. De konsentriske ringene i store Europan-kratere skyldes trolig kratergulvet engros. Når det opprinnelige dype kraterhullet kollapser, styrter materialet bak den iskalde skorpen inn for å fylle tomrommet. Dette inntrengende materialet drar på den overliggende skorpen, sprekker det og danner de observerte konsentriske ringer.
Hvor kommer verdien fra 19 til 25 kilometer fra?
Større slagkratere trenger dypere inn i jordskorpen og er følsomme for egenskapene på disse dypet. Europa er intet unntak. Nøkkelen er den radikale endringen i morfologi og form ved ~ 30 kilometer kraterdiameter. For å bruke dette må vi anslå hvor stor den opprinnelige krateret var og hvor grunt et flytende lag må være før det kan påvirke den endelige formen til slagkrateret. Dette er avledet fra numeriske beregninger og laboratorieeksperimenter til påvirkningsmekanikk. Dette? Kraterkollaps-modellen? blir deretter brukt til å konvertere den observerte overgangsdiameteren til en tykkelse for laget. Dermed føler eller oppdager kratere 30 kilometer brede lag 19-25 kilometer dypt.
Hvor sikker er disse estimatene på Europas isskalltykkelse?
Det er en viss usikkerhet i den eksakte tykkelsen ved bruk av disse teknikkene. Dette skyldes hovedsakelig usikkerhet i detaljene om støtkratermekanikk, som er svært vanskelig å duplisere i laboratoriet. Usikkerhetene er sannsynligvis bare mellom 10 og 20%, så vi kan være rimelig sikre på at Europas ishell ikke er noen kilometer tykk.
Kan isskjellet ha vært tynnere tidligere?
I kratertopografien er det bevis på at istykkelsen på Ganymede har endret seg over tid, og det samme kan være tilfelle for Europa. Anslaget for isskalltykkelse på 19 til 25 kilometer er relevant for den iskalde overflaten vi nå ser på Europa. Denne overflaten er anslått å være 30 til 50 millioner år eller så. De fleste overflatematerialer som er eldre enn dette, er blitt ødelagt av tektonisme og gjenoppflater. Denne eldre isete skorpen kunne ha vært tynnere enn dagens skorpe, men vi har foreløpig ingen måte å vite om.
Kan isskallet på Europa ha tynne flekker nå?
Slagkratrene Dr. Schenk studerte var spredt over Europas overflate. Dette antyder at isskallet er tykt overalt. Det kan være lokale områder der skallet er tynt på grunn av høyere varmestrøm. Men isen ved bunnen av skallet er veldig varm, og som vi ser i isbreer her på jorden, strømmer varm is ganske raskt. Som et resultat, noen? Hull? i Europas isskall vil raskt bli fylt ut med flytende is.
Betyr et tykt isskall at det ikke er liv på Europa?
Nei! Gitt hvor lite vi vet om livets opprinnelse og forhold i Europa, er livet fremdeles sannsynlig. Den sannsynlige tilstedeværelsen av vann under isen er en av de viktigste ingrediensene. Et tykt ishell gjør fotosyntesen svært usannsynlig på Europa. Organismer ville ikke ha rask eller enkel tilgang til overflaten. Hvis organismer i Europa kan overleve uten sollys, er tykkelsen på skallet bare av sekundær betydning. Tross alt klarer organismer seg ganske bra på bunnen av jordas hav ganske bra uten sollys, og overlever på kjemisk energi. Dette kan være sant på Europa hvis det er mulig for levende organismer å komme i dette miljøet i utgangspunktet.
Også da kunne Europas isskall ha vært mye tynnere i den fjerne fortiden, eller kanskje eksisterte den ikke på et tidspunkt og havet ble utsatt naken for verdensrommet. Hvis det var sant, kunne en rekke organismer utvikle seg, avhengig av kjemi og tid. Hvis havet begynte å fryse over, kunne de overlevende organismer utvikle seg til uansett miljøer som tillot dem å overleve, for eksempel vulkaner på havbunnen (hvis vulkaner dannes i det hele tatt).
Kan vi utforske livet på Europa hvis isskallet er tykt?
Hvis jordskorpen virkelig er så tykk, ville det være upraktisk å bore eller smelte gjennom isen med bundne roboter! Likevel kan vi søke etter organisk havkjemi eller liv på andre steder. Utfordringen vil være for oss å utvikle en smart strategi for å utforske Europa som ikke vil forurense det som er, men synes det ikke desto mindre. Utsiktene til et tykt isskall begrenser antall sannsynlige steder der vi kan finne eksponert oseanisk materiale. Mest sannsynlig vil havmateriale måtte være innebygd som små bobler eller lommer eller som lag i is som er ført til overflaten på andre geologiske midler. Tre geologiske prosesser kan gjøre dette:
1. Slagkratere graver ned jordskorpemateriale fra dybden og skyver det ut på overflaten, hvor vi kan hente det opp (for 50 år siden kunne vi plukke opp jernmetorittfragmenter i flankene til Meteor Crater i Arizona, men de fleste er funnet nå ). Dessverre gravde det største kjente krateret på Europa, Tyr, materiale fra bare 3 kilometer dypt, ikke dypt nok til å komme nær havet (på grunn av geometri og mekanikk, graver krater fra den øvre delen av krateret, ikke den nedre). Hvis en lomme eller et lag med havmateriale ble frosset ned i jordskorpen i lav dybde, kan det bli prøvetatt av et slagkrater. Faktisk har gulvet i Dekk en farge som er litt mer oransje enn den opprinnelige skorpen. Imidlertid ble omtrent halvparten av Europa godt sett av Galileo, så et større krater kan være til stede på den dårlig sett siden. Vi må gå tilbake for å finne ut av det.
2. Det er sterke bevis på at Europas isete skall er noe ustabilt og har (eller er) overbevisende. Dette betyr at klatter av dyp jordskorpemateriale stiger oppover mot overflaten der de noen ganger blir utsatt som kupler flere kilometer brede (tenk på Lava Lamp, bortsett fra at klattene er mykt, solid materiale som Silly Putty). Alt havmateriale innbakt i den nedre jordskorpen kan deretter bli utsatt for overflaten. Denne prosessen kan ta tusenvis av år, og eksponeringen for Jupiters dødelige stråling vil mildest sagt være uvennlig! Men i det minste kunne vi undersøke og prøve ut hva som er igjen.
3. Resurfacing av store områder av Europas overflate der det iskalde skallet bokstavelig talt har revet gjennom og delt fra hverandre. Disse områdene er ikke tomme, men har blitt fylt med nytt materiale nedenfra. Disse områdene ser ikke ut til å ha blitt oversvømmet av havmateriale, men heller av myk, varm is fra bunnen av jordskorpen. Til tross for dette er det veldig mulig at det kan finnes oseanisk materiale i dette nye skorpematerialet.
Vår forståelse av Europas overflate og historie er fremdeles svært begrenset. Ukjente prosesser kan forekomme som bringer havmateriale til overflaten, men bare en retur til Europa vil fortelle.
Hva neste gang for Europa?
Med den nylige kanselleringen av et foreslått Europa Orbiter på grunn av kostnadsoverskridelser, er dette et godt tidspunkt å undersøke vår strategi for å utforske Europas hav. Koblede ubåter og dype boresonder er ganske upraktiske i en så dyp skorpe, men overflatelandere kan likevel være veldig viktige. Før vi sender en lander til overflaten, bør vi sende en rekognoseringsoppdrag, enten i Jupiter eller Europa-bane, for å søke etter eksponeringer av havmateriale og tynne flekker i jordskorpen, og for å speide ut de beste landingsstedene. Et slikt oppdrag ville benytte seg av enormt forbedrede infrarøde kartleggingsfunksjoner for mineralidentifisering (tross alt er Galileo-instrumentene nesten 25 år gamle). Stereo- og laserinstrumenter ville bli brukt til topografisk kartlegging. Sammen med tyngdekraftsstudier kan disse dataene brukes til å søke etter relativt tynne regioner i den iskalde skorpen. Til slutt observerte Galileo mindre enn halvparten av Europa ved resolusjoner som var tilstrekkelige for kartlegging, inkludert slagkratere. Kratere på denne dårlig sett halvkule kunne for eksempel indikere om Europas isskall var tynnere tidligere.
En Lander for Europa?
En lander med et seismometer kunne lytte etter europeiske skjelv generert av de daglige tidevannskreftene utøvd av Jupiter og Io. Seismiske bølger kan brukes til å kartlegge dybden nøyaktig til bunnen av isskjellet, og muligens også havets bunn. Ombord kjemiske analysatorer ville da søke etter organiske molekyler eller andre biologiske sporstoffer og potensielt bestemme havkjemi, en av de grunnleggende indikatorene for Europas utsikter som et "bebodd". planet. En slik lander vil antagelig trenge å bore flere meter for å komme gjennom sonen for stråleskader på overflaten. Først etter at disse oppdragene er i gang, kan vi begynne den virkelige utforskningen av denne pirrende planetstore månen. For å parafrasere Monty Python, "den er ikke død ennå !?
Originalkilde: USRA News Release
