Kuvan luotto: NASA
On todisteita siitä, että Europa, joka on yksi Jupiterin kuukausista, sisältää vesiarmean, jonka peittää arkki. Tutkijat spekuloivat nyt sen paksuuden suhteen mittaamalla 65 iskulaatikon kokoa ja syvyyttä kuun pinnalla - mitä he voivat kertoa, sen pituus on 19 km. Euroopan jään paksuus vaikuttaa mahdollisuuteen löytää siellä elämää: liian paksulla ja auringonvalolla on vaikeuksia päästä fotosynteettisiin organismeihin.
Jupiterin suurten jäisten satelliittien yksityiskohtaiset kartoitukset ja mittaukset, joista kerrottiin 23. toukokuuta 2002 ilmestyvässä Nature-lehdessä, paljastavat, että Europan kelluva jääkuori voi olla vähintään 19 kilometrin paksuinen. Nämä Houstonin Lunar- ja Planetary Institute -laitoksen henkilökunnan tutkijan ja geologin Dr. Paul Schenkin mittaukset osoittavat, että tutkijoiden ja insinöörien on kehitettävä uusia ja taitavia tapoja etsiä elämää jäätyneestä maailmasta lämpimällä sisätilalla.
Suuri Europa Pizza -keskustelu: “Ohut kuori vai paksu kuori?”
Galileon geologiset ja geofysikaaliset todisteet tukevat ajatusta siitä, että nestemäisen veden valtameri on olemassa Europa-alueen jäisen pinnan alla. Keskustelu keskittyy nyt siihen, kuinka paksua tämä jäinen kuori on. Valtameri voi sulaa vain muutaman kilometrin paksuisen ohut jääkuoren läpi paljastaen auringonvalolle (ja säteilylle) vettä ja mitä tahansa sen uima-aluetta. Ohut jääkuori voi sulaa läpi, paljastaen valtameren pintaan ja antamalla fotosynteettisiin organismeihin helpon pääsyn auringonvaloon. Kymmenien kilometrien paksu jääpala olisi hyvin epätodennäköistä sulaa läpi.
Miksi Europan jäisen kuoren paksuus on tärkeä?
Paksuus on epäsuora mitta siitä, kuinka paljon vuoroveden lämmitystä Europa saa. Vuorovesilämmitys on tärkeä arvioitaessa, kuinka paljon nestemäistä vettä on Europa-alueella ja onko Europa-meren pohjassa vulkaanisuutta, mutta se on johdettava; sitä ei voida mitata. Uusi arvio 19 kilometrin paksuudesta on yhdenmukainen joidenkin vuorovesilämmitysmallien kanssa, mutta vaatii paljon lisätutkimuksia.
Paksuus on tärkeä, koska se hallitsee sitä, kuinka ja missä biologisesti tärkeä aine Euroopan valtameressä voi siirtyä pintaan tai takaisin alas valtamereen. Auringonvalo ei pääse tunkeutumaan muutamaan metriin kauempana jäisestä kuoresta, joten fotosynteettiset organismit tarvitsevat helpon pääsyn Europa-alueen pinnalle selviytymiseksi. Lisää aiheesta myöhemmin.
Paksuus määrää lopulta myös sen, kuinka voimme tutkia Euroopan merta ja etsiä todisteita elämästä tai orgaanisesta kemiasta Europa-sivustolla. Emme voi porata tai ottaa näytteitä merestä suoraan niin paksun kuoren läpi, ja meidän on kehitettävä taitavia tapoja etsiä valtameren materiaalia, joka on saattanut altistua pinnalle.
Kuinka arvioimme Europan jääkuoren paksuuden?
Tämä ison kraatterin tutkimus suurilla jäisillä Galilean-satelliiteilla Euroopassa perustuu vertailuun Europa-iskukraatterin topografiasta ja morfologiasta sisaryhmissä jäisillä satelliiteilla Ganymede ja Callisto. Dr. Schenk on mitannut yli 240 kraatteria, joista 65 Europa-alueella, NASA: n Voyager- ja Galileo-avaruusaluksista hankittujen kuvien stereo- ja topografisella analyysillä. Galileo kiertää parhaillaan Jupiteria ja menee kohti lopullista sukellustaan Jupiteriin vuoden 2003 lopulla. Vaikka sekä Ganymeden että Callisnon uskotaan sisältävän nestemäisiä vesimeriä, niiden on myös katsottu olevan melko syviä (noin 100-200 km). Tämä tarkoittaa sitä, että valtameret eivät vaikuta useimpiin kraattereihin, ja niitä voidaan käyttää vertailuun Europa-järjestelmän kanssa, jossa valtameren syvyys on epävarma, mutta todennäköisesti paljon matalampi.
Arvio Europan jääkuoren paksuudesta perustuu kahteen keskeiseen havaintoon. Ensimmäinen on, että Europan suurempien kraatterien muodot eroavat huomattavasti samankaltaisista kraatereista Ganymedessä ja Callistossa. Dr. Schenkin mittaukset osoittavat, että 8 kilometrin poikki suuret kraatterit eroavat pohjimmiltaan Ganymeden tai Calliston kaltevuudesta. Tämä johtuu jääkuoren alaosan lämmöstä. Jään lujuus on erittäin herkkä lämpötilalle ja lämmin jää on pehmeää ja virtaa melko nopeasti (ajattele jäätiköitä).
Toinen havainto on, että kraatterien morfologia ja muoto muuttuvat dramaattisesti, kun kraatterin halkaisijat ylittävät ~ 30 kilometriä. Alle 30 kilometrin pituiset kraatterit ovat usean sadan metrin syviä ja niissä on tunnistettavat vanteet ja keskimääräiset nousut (nämä ovat iskulaatikoiden vakioominaisuuksia). Pwyll, 27 kilometrin poikki oleva kraatteri, on yksi suurimmista näistä kraatereista.
Toisaalta yli 30 km: n Euroopassa olevissa kraattereissa ei ole vanteita tai nousuja, ja niiden topografinen ilme on vähäinen. Pikemminkin niitä ympäröivät samankeskiset kouru ja harjanteet. Nämä morfologian ja topografian muutokset osoittavat perustavanlaatuisen muutoksen Europa-jäisen kuoren ominaisuuksissa. Loogisin muutos tapahtuu kiinteästä nestemäiseksi. Suurien Europan-kraatterien samankeskiset renkaat johtuvat todennäköisesti kraatterilattian tukkumyyntiä. Kun alun perin syvä kraatterireikä romahtaa, jäisen kuoren alla oleva materiaali ryntää täyttämään tyhjän tilan. Tämä tunkeutuva materiaali vetää päällä olevan kuoren, hajottaa sen ja muodostaa havaitut samankeskiset renkaat.
Mistä 19-25 kilometrin arvo tulee?
Suuremmat iskulaatit tunkeutuvat syvemmin planeetan kuoreen ja ovat herkkiä näiden syvyyksien ominaisuuksille. Europa ei ole poikkeus. Avain on radikaali muutos morfologiassa ja muodossa ~ 30 kilometrin kraatterin halkaisijalla. Tämän käyttämiseksi meidän on arvioitava, kuinka suuri alkuperäinen kraatteri oli ja kuinka matalan nestekerroksen on oltava, ennen kuin se voi vaikuttaa iskulaatikon lopulliseen muotoon. Tämä on johdettu numeerisista laskelmista ja laboratoriokokeista iskumekaniikkaan. Tämä? Kraatteriromahdusmalli? käytetään sitten muuntamaan havaittu siirtymähalkaisija kerroksen paksuudeksi. Tästä syystä 30 kilometrin leveät kraatterit havaitsevat tai havaitsevat 19-25 kilometrin syvyydessä olevia kerroksia.
Kuinka varmoja nämä arviot ovat Europa: n jääkuoren paksuudesta?
Täsmällisessä paksuksessa on joitain epävarmuuksia näitä tekniikoita käytettäessä. Tämä johtuu lähinnä epävarmuudesta iskunkestävän mekaniikan yksityiskohdissa, joita on hyvin vaikea kopioida laboratoriossa. Epävarmuustekijät ovat kuitenkin todennäköisesti vain 10–20 prosenttia, joten voimme olla kohtuullisen varmoja siitä, että Euroopan jääkuori ei ole muutaman kilometrin paksuinen.
Voisiko jääkuori olla aiemmin ohuempi?
Kraatterin topografiassa on todisteita siitä, että Ganymeden jään paksuus on ajan myötä muuttunut, ja sama voi päteä myös Eurooppaan. Arvio jääkuoren paksuudesta 19-25 kilometriä on merkityksellinen jäiselle pinnalle, jonka näemme nyt Europa-sivustolla. Tämän pinnan on arvioitu olevan noin 30-50 miljoonaa vuotta. Suurin osa tätä vanhemmista pintamateriaaleista on tuhoutunut tektonismin ja pinnoituksen avulla. Tämä vanhempi jäinen kuori olisi voinut olla ohuempi kuin nykyinen kuori, mutta meillä ei tällä hetkellä ole mitään tapaa tietää.
Voisiko Europa-järjestelmän jääkuorella olla nyt ohuita pisteitä?
Dr. Schenkin tutkimat törmäyskraatterit olivat hajallaan Europa-alueen pinnalla. Tämä viittaa siihen, että jääkuori on paksu kaikkialla. Voi olla paikallisia alueita, joissa vaippa on ohut suuremman lämpövirtauksen vuoksi. Kuoren pohjassa oleva jää on kuitenkin erittäin lämmin ja kuten näemme jäätiköissä täällä maan päällä, lämmin jää virtaa melko nopeasti. Seurauksena on? Reikiä? Europan jääkuori täyttyy nopeasti virtaavalla jäällä.
Tarkoittaako paksu jääkuori, ettei Euroopassa ole henkeä?
Ei! Kun otetaan huomioon, kuinka vähän tiedämme elämästä ja olosuhteista Europa-alueella, elämä on edelleen uskottavaa. Veden todennäköinen esiintyminen jään alla on yksi tärkeimmistä ainesosista. Paksu jääkuori tekee fotosynteesistä erittäin epätodennäköistä Euroopassa. Organismeilla ei olisi nopeaa tai helppoa pääsyä pintaan. Jos organismit Europa-alueella voivat selviytyä ilman auringonvaloa, vaipan paksuudella on vain toissijainen merkitys. Loppujen lopuksi organismit pärjäävät melko hyvin maan valtameressä ilman auringonvaloa ja selviävät kemiallisesta energiasta. Tämä voi olla totta Europa-sivustossa, jos elävät organismit voivat ensisijaisesti olla peräisin tästä ympäristöstä.
Silloin myös Euroopan jääkuori olisi voinut olla huomattavasti ohuempi kaukaisessa menneisyydessä, tai ehkä sitä ei ollut olemassa jossain vaiheessa ja valtameri paljastettiin alasti avaruuteen. Jos tämä olisi totta, niin erilaisia organismeja voisi kehittyä kemiasta ja ajasta riippuen. Jos valtameri alkoi jäätyä, elossa olevat organismit voisivat sitten kehittyä mihin tahansa ympäristöön, jossa he pystyivät hengissä, kuten valtameren pohjassa olevat tulivuoret (jos tulivuoria muodostuu ollenkaan).
Voimmeko tutkia elämää Euroopassa, jos jääkuori on paksu?
Jos kuori on todella paksu, niin poraaminen tai sulaminen jään läpi kytketyillä robotilla olisi epäkäytännöllistä! Siitä huolimatta voimme etsiä orgaanista valtameren kemiaa tai elämää muista paikoista. Haasteena on meille laatia fiksu strategia tutkiaksesi Eurooppaa, joka ei saastuta sitä, mikä on olemassa, mutta löydämme sen silti. Paksu jääkuoren mahdollisuus rajoittaa todennäköisten paikkojen lukumäärää, joista saatamme löytää paljaan merenpohjaista ainetta. Todennäköisesti merimateriaali on upotettava pieniksi kupliksi tai taskuiksi tai kerrokseksi jäässä, joka on saatettu pintaan muilla geologisilla tavoilla. Kolme geologista prosessia voisivat tehdä tämän:
1. Törmäyskraatterit kaivavat maakuoren materiaalin syvyydestä ja ajavat sen ulos pinnalle, josta voisimme kerätä sen (50 vuotta sitten voimme poimia rautameteoriittifragmentteja Arizonan Meteorikraatterin kyljiltä, mutta suurin osa on jo löytynyt ). Valitettavasti Euroopan suurin tunnettu kraatteri Tire kaivoi materiaalia vain 3 kilometrin syvyydestä, ei riittävän syvälle pääsemään lähellä merta (geometrian ja mekaniikan vuoksi kraatterit kaivaavat kraatterin yläosasta, ei ala-alueesta). Jos tasku tai kerros merimateriaalia jäädytettäisiin kuoreen matalassa syvyydessä, siitä voi ottaa näytteen iskulaatikolla. Renkaan lattian väri on todellakin hieman oranssimpi kuin alkuperäinen kuori. Galileo näki kuitenkin hyvin puolet Euroopasta, joten huonoin näkyvillä puolella voi olla suurempi kraatteri. Meidän on palattava selville.
2. On olemassa vahvaa näyttöä siitä, että Europa-alueen jäinen kuori on jonkin verran epävakaa ja että se on (tai on) kääntymässä. Tämä tarkoittaa, että syvän kuorimaisen materiaalin räpät nousevat ylöspäin kohti pintaa, jossa ne toisinaan paljastuvat usean kilometrin leveinä kupuina (ajattele Lava-lamppua, paitsi että vaahdot ovat pehmeää kiinteää materiaalia, kuten Silly Putty). Mikä tahansa alempaan kuoreen upotettu merimateriaali voi sitten olla alttiina pinnalle. Tämä prosessi voi viedä tuhansia vuosia, ja altistuminen Jupiterin tappavalle säteilylle olisi vähintäänkin epäystävällistä! Mutta ainakin voimme tutkia ja ottaa näytteen siitä, mikä on jäljessä.
3. Pintakäsittely uusien Europa-alueen pinta-aloilla, joissa jäinen kuori on kirjaimellisesti repeytynyt ja hajonnut. Nämä alueet eivät ole tyhjiä, mutta ne on täynnä uutta materiaalia alhaalta. Näitä alueita ei näytä olevan tulvinut merimateriaalista, vaan kuoren pohjasta tulevalta pehmeältä lämmöltä. Tästä huolimatta on hyvin mahdollista, että tästä uudesta kuorimateriaalista löytyy merimateriaalia.
Tietämyksemme Europa-alueen pinnasta ja historiasta on edelleen hyvin rajallinen. Voi tapahtua tuntemattomia prosesseja, jotka tuovat valtameren materiaalin pintaan, mutta vain paluun Eurooppaan kertoo.
Mitä seuraavaksi Europalle?
Koska ehdotettu Europa Orbiter -yritys on hiljattain peruutettu kustannusylityksen vuoksi, on hyvä aika tutkia uudelleen strategiaamme tutkia Europa-valtamerta. Päällystetyt sukellusveneet ja syvät porauskoettimet ovat melko epäkäytännöllisiä tällaisessa syvässä kuoressa, mutta pinta-alukset voivat kuitenkin olla erittäin tärkeitä. Ennen kuin lähetämme laskeuttajan pintaan, meidän tulisi lähettää tiedustelumatka joko Jupiterilla tai Europa-radalla etsimään valtameren materiaalialtistusta ja kuoressa olevia ohuita pisteitä ja etsimään parhaat satamat. Tällaisessa tehtävässä hyödynnetään huomattavasti parannettuja infrapunakartoitusominaisuuksia mineraalien tunnistamiseen (Galileo-instrumentit ovatkin lähes 25 vuotta vanhoja). Stereo- ja laserlaitteita käytettäisiin topografiseen kartoitukseen. Yhdessä painovoimatutkimusten kanssa näitä tietoja voitiin käyttää etsimään jäisestä kuoresta suhteellisen ohuita alueita. Lopuksi Galileo havaitsi vähemmän kuin puolet Euroopasta kartoittamiseen riittävällä päätöslauselmalla, mukaan lukien iskulaatit. Esimerkiksi tämän huonosti näkyvän pallonpuoliskan kraatterit voisivat osoittaa, oliko Europain jääkuori aiemmin ohuempi.
Lander Europalle?
Seismometrillä varustettu laskulaite pystyi kuuntelemaan Jupiterin ja Ion päivittäisten vuorovesivoimien aiheuttamia europatoja. Seismisia aaltoja voidaan käyttää tarkan kartan syvyyteen jääkuoren pohjaan ja mahdollisesti myös valtameren pohjaan. Bortissa olevat kemialliset analysaattorit etsisivät sitten orgaanisia molekyylejä tai muita biologisia jäljittäjiä ja määrittäisivät mahdollisesti valtameren kemiaa, joka on yksi keskeisimmistä indikaattoreista Eurooppaa asuttaessa? planeetta. Tällaisen laskimen on todennäköisesti porattava useita metrejä päästäkseen säteilyvaurioalueen läpi pinnalla. Vasta näiden operaatioiden alkamisen jälkeen voimme sitten aloittaa tämän houkuttelevan planeetan kokoisen kuun todellisen etsinnän. Parafraasin Monty Python, se ei ole vielä kuollut !?
Alkuperäinen lähde: USRA-lehdistötiedote
