Bildkredit: NASA
Beviset håller på att Europa, en av Jupiters månar, har ett hav av vatten täckt av ett isark. Forskare spekulerar nu om hur tjock den isen är genom att mäta storleken och djupet på 65 slagkratrar på månens yta - från vad de kan säga är det 19 km. Tjockleken på Europas is kommer att påverka möjligheten att hitta liv där: för tjockt och solljus kommer att ha problem med att nå fotosyntetiska organismer.
Detaljerad kartläggning och mätningar av slagkratrar på Jupiters stora isiga satelliter, rapporterade i 23 maj 2002, utgåvan av tidskriften Nature, avslöjar att Europas flytande isskal kan vara minst 19 kilometer tjockt. Dessa mätningar, av Staff Scientist och geolog Dr Paul Schenk, vid Houston Lunar and Planetarium Institute, indikerar att forskare och ingenjörer kommer att behöva utveckla nya och smarta sätt att söka liv i den frysta världen med ett varmt inre.
The Great Europa Pizza Debate: "Tunn skorpa eller tjock skorpa?"
Geologiska och geofysiska bevis från Galileo stödjer idén att ett flytande hav finns under den iskalla ytan i Europa. Debatten fokuserar nu på hur tjockt detta isiga skal är. Ett hav kunde smälta genom ett tunt isskal bara några kilometer tjockt och utsätta vatten och allt som simmar i det för solljus (och strålning). Ett tunt isskal kunde smälta igenom, exponera havet för ytan och ge lätt tillgång av fotosyntetiska organismer till solljus. Ett tjockt isskal som är tiotals kilometer tjockt är mycket osannolikt att smälta igenom.
Varför är tjockleken på Europas isiga skal viktigt?
Tjockleken är ett indirekt mått på hur mycket tidvattenuppvärmning Europa får. Tidvattenuppvärmning är viktig för att uppskatta hur mycket flytande vatten som finns i Europa och om det finns vulkanism på Europas havsbotten, men det måste härledas; det kan inte mätas. Den nya uppskattningen av en tjocklek på 19 kilometer överensstämmer med vissa modeller för tidvattenuppvärmning, men kräver mycket ytterligare studier.
Tjockleken är viktig eftersom den styr hur och var biologiskt viktigt material i Europas hav kan röra sig till ytan eller tillbaka ner till havet. Solljus kan inte tränga mer än några meter in i det iskalla skalet, så fotosyntetiska organismer kräver enkel tillgång till Europas yta för att överleva. Mer om detta ämne senare.
Tjockleken kommer också i slutändan att avgöra hur vi kan utforska Europas hav och söka bevis på liv eller organisk kemi på Europa. Vi kan inte borra eller prova havet direkt genom en så tjock skorpa och måste utveckla smarta sätt att söka efter havsmaterial som kan ha blivit exponerat på ytan.
Hur uppskattar vi tjockleken på Europas isskal?
Denna studie av slagkratrar på de stora iskalla galileiska satelliterna i Europa är baserad på en jämförelse av topografin och morfologin av slagkratern på Europa med de på dess syster-isiga satelliter Ganymede och Callisto. Över 240 kratrar, 65 av dem på Europa, har mättes av Dr. Schenk med hjälp av stereo- och topografisk analys av bilder som skaffats från NASA: s Voyager och Galileo rymdskepp. Galileo kretsar för närvarande om Jupiter och går mot sitt slutliga djup i Jupiter i slutet av 2003. Även om både Ganymede och Callisto tros ha flytande vattenhav inuti bedöms de också vara ganska djupa (ungefär 100-200 kilometer). Detta innebär att de flesta kratrar kommer att påverkas av haven och kan användas för jämförelse med Europa, där djupet till havet är osäkert men sannolikt kommer att vara mycket grundare.
Uppskattningen av Europas isskal är baserad på två viktiga observationer. Den första är att formen på Europas större kratrar skiljer sig avsevärt från kratrar av liknande storlek på Ganymede och Callisto. Dr Schenk: s mätningar visar att kratrar med större åtta kilometer överallt skiljer sig från dem på Ganymede eller Callisto. Detta beror på värmen i den nedre delen av isskalet. Isens styrka är mycket känslig för temperatur och varm is är mjuk och flyter ganska snabbt (tänk glaciärer).
Den andra iakttagelsen är att morfologi och form av kratrar på Europa förändras dramatiskt när kraterdiametrar överstiger ~ 30 kilometer. Kratrar som är mindre än 30 kilometer är flera hundra meter djupa och har igenkännbara fälgar och centrala höjningar (detta är standardegenskaper för slagkratrar). Pwyll, en krater 27 kilometer över, är en av de största av dessa kratrar.
Kratrar på Europa som är större än 30 kilometer har å andra sidan inga fälgar eller lyftar och har försumbar topografiskt uttryck. Snarare omges de av uppsättningar koncentriska tråg och åsar. Dessa förändringar i morfologi och topografi indikerar en grundläggande förändring av egenskaperna hos den iskalla jordskorpan. Den mest logiska förändringen är från fast till vätska. De koncentriska ringarna i stora europeiska kratrar beror troligen på kratergolvets kollaps. När det ursprungliga djupa kraterhålet kollapsar, rusar materialet bakom den iskalla skorpan in för att fylla i tomrummet. Detta inträngande material drar på den överliggande skorpan, spricker det och bildar de observerade koncentriska ringarna.
Var kommer värdet 19 till 25 kilometer från?
Större slagkratrar tränger djupare in i en jordskorpa och är känsliga för egenskaperna på dessa djup. Europa är inget undantag. Nyckeln är den radikala förändringen i morfologi och form med ~ 30 kilometer kraterdiameter. För att använda detta måste vi uppskatta hur stor den ursprungliga kratern var och hur grunt ett vätskeskikt måste vara innan det kan påverka den slutliga formen på slagkratern. Detta härleds från numeriska beräkningar och laboratorieexperiment till slagmekanik. Detta? Krater kollaps modell? används sedan för att omvandla den observerade övergångsdiametern till en tjocklek för skiktet. Därför avkänner eller upptäcker kratrar som är 30 kilometer breda 19-25 kilometer djupa.
Hur säker är dessa uppskattningar av Europas isskaltjocklek?
Det finns viss osäkerhet i den exakta tjockleken med dessa tekniker. Detta beror främst på osäkerheter i detaljerna om stötdämpningsmekanik, som är mycket svåra att kopiera på laboratoriet. Osäkerheten ligger troligen bara mellan 10 och 20%, så vi kan vara rimligt säkra på att Europas isskal inte är några kilometer tjockt.
Kan isskalet ha varit tunnare tidigare?
Det finns bevis i kratertopografin att isens tjocklek på Ganymedes har förändrats över tid, och detsamma kan vara sant för Europa. Uppskattningen för isskaltjocklek på 19 till 25 kilometer är relevant för den iskalla ytan vi nu ser på Europa. Denna yta har beräknats vara 30 till 50 miljoner år eller så. De flesta ytmaterial som är äldre än detta har förstörts av tektonism och ytbehandling. Denna äldre isiga skorpa kunde ha varit tunnare än dagens skorpa, men vi har för närvarande inget sätt att veta.
Kan isskalet på Europa ha tunna fläckar nu?
De slagkratrar som Dr. Schenk studerade var spridda över Europas yta. Detta antyder att isskalet är tjockt överallt. Det kan finnas lokala områden där skalet är tunt på grund av högre värmeflöde. Men isen vid botten av skalet är mycket varm och som vi ser i glaciärer här på jorden flyter varm is ganska snabbt. Som ett resultat, några? Hål? i Europas isskal fylls snabbt in genom strömmande is.
Betyder ett tjockt isskal att det inte finns liv i Europa?
Nej! Med tanke på hur lite vi vet om livets ursprung och förhållanden i Europa är livet fortfarande troligt. Den troliga närvaron av vatten under isen är en av de viktigaste ingredienserna. Ett tjockt isskal gör fotosyntesen mycket osannolik på Europa. Organismer skulle inte ha snabb eller enkel tillgång till ytan. Om organismer i Europa kan överleva utan solljus, är tjockleken på skalet endast av sekundär betydelse. När allt kommer omkring, organismer klarar sig ganska bra på botten av jordens oceaner ganska bra utan solljus och överlever på kemisk energi. Detta kan vara sant för Europa om det är möjligt för levande organismer att komma från denna miljö i första hand.
Dessutom kunde Europas isskal ha varit mycket tunnare i det avlägsna förflutet, eller kanske det inte fanns någon gång och havet utsattes naken för rymden. Om det var sant, skulle en mängd olika organismer kunna utvecklas, beroende på kemi och tid. Om havet började frysa över kunde de överlevande organismerna utvecklas till de miljöer som tillät dem att överleva, till exempel vulkaner på havsbotten (om vulkaner bildas alls).
Kan vi utforska livet på Europa om isskalet är tjockt?
Om jordskorpan verkligen är så tjock, skulle borrning eller smältning genom isen med förbundna robotar vara opraktiskt! Vi kan ändå söka efter organisk havkemi eller liv på andra platser. Utmaningen kommer att vara för oss att ta fram en smart strategi för att utforska Europa som inte förorenar vad som finns men ändå hittar det ändå. Utsikterna till ett tjockt isskal begränsar antalet sannolika platser där vi kan hitta exponerat oceaniskt material. Troligtvis måste havsmaterial inbäddas som små bubblor eller fickor eller som lager i is som har förts till ytan med andra geologiska medel. Tre geologiska processer kan göra detta:
1. Slagkratrar gräver jordskorpsmaterial från djupet och matar ut det på ytan, där vi kan plocka upp det (för 50 år sedan kunde vi plocka upp järnmeteoritfragment på flankerna till Meteor Crater i Arizona, men de flesta har hittats nu ). Tyvärr grävde den största kända kratern i Europa, Tire, material från endast 3 kilometer djup, inte tillräckligt djupt för att komma nära havet (på grund av geometri och mekanik, grävar kratrar från kraterens övre del, inte den nedre). Om en ficka eller ett lager av havsmaterial frystes in i jordskorpan på grunt djup, kan det provas med en slagkrater. Faktum är att Däckgolvet har en färg som är något mer orange än den ursprungliga skorpan. Men ungefär hälften av Europa sågs väl av Galileo, så en större krater kan vara närvarande på den dåligt sett sidan. Vi måste gå tillbaka för att ta reda på det.
2. Det finns starka bevis på att Europas iskalla skal är något instabilt och har (eller är) övertygande. Detta innebär att klatter av djupt jordskorpematerial stiger uppåt mot ytan där de ibland exponeras som kupoler flera kilometer breda (tänk Lava Lamp, förutom att klosorna är mjukt fast material som Silly Putty). Allt havsmaterial som är inbäddat i den nedre skorpan kan sedan exponeras för ytan. Den här processen kan ta tusentals år, och exponeringen för Jupiters dödliga strålning är minst sagt ovänlig! Men åtminstone kan vi undersöka och ta prov på vad som finns kvar.
3. Återuppbyggnad av stora områden på Europas yta där det iskalla skalet bokstavligen har rivits igenom och delat isär. Dessa områden är inte tomma men har fyllts med nytt material underifrån. Dessa områden verkar inte ha översvämmats av havsmaterial utan snarare av mjuk varm is från jordskorpans botten. Trots detta är det mycket möjligt att oceaniskt material kan hittas i detta nya skorpmaterial.
Vår förståelse av Europas yta och historia är fortfarande mycket begränsad. Okända processer kan inträffa som leder havsmaterial till ytan, men bara en återkomst till Europa kommer att berätta.
Vad händer nu för Europa?
Med den nyligen avbokade ett föreslaget Europa Orbiter på grund av kostnadsöverskridanden är detta en bra tid att undersöka vår strategi för att utforska Europas hav. Förbundna ubåtar och djupa borrprober är ganska opraktiska i en så djup skorpa, men ytlandare kan ändå vara mycket viktiga. Innan vi skickar en lander till ytan, borde vi skicka ett åkundersökningsuppdrag, antingen i Jupiter- eller Europa-bana, för att söka efter exponeringar av havsmaterial och tunna fläckar i jordskorpan och för att leta efter de bästa landningsplatserna. Ett sådant uppdrag skulle utnyttja avsevärt förbättrade kapaciteter för infraröd kartläggning för mineralidentifiering (trots allt är Galileo-instrumenten nästan 25 år gamla). Stereo- och laserinstrument skulle användas för topografisk kartläggning. Tillsammans med gravitationsstudier skulle dessa data kunna användas för att söka efter relativt tunna områden i den iskalla skorpan. Slutligen observerade Galileo mindre än hälften av Europa vid resolutioner som var tillräckliga för kartläggning, inklusive slagkratrar. Kratrar på denna dåligt sett halvklot, till exempel, kunde indikera om Europas isskal var tunnare tidigare.
En Lander för Europa?
En lander med en seismometer kunde lyssna på europabävningar genererade av de dagliga tidvattenkrafterna som utövas av Jupiter och Io. Seismiska vågor kan användas för att exakt kartlägga djupet till botten av isskalet och eventuellt havets botten. Ombord kemiska analysatorer skulle sedan söka efter organiska molekyler eller andra biologiska spårare och potentiellt bestämma havskemi, en av de grundläggande indikatorerna för Europas utsikter som en "bebodd"? planet. En sådan lander skulle troligen behöva borra flera meter för att komma igenom zonen för strålskador vid ytan. Först efter att dessa uppdrag har pågått kan vi sedan börja den verkliga utforskningen av denna frisyrande planetmånad måne. För att parafrasera Monty Python,? Det är inte dött ännu !?
Originalkälla: USRA News Release
