Europa. Bildkredit: NASA Klicka för förstoring
Upptäckten att Jupiters måne Europa troligen har ett kallt, salt hav under sin frysta isiga skorpa har satt Europa på den korta listan över föremål i vårt solsystem som astrobiologer skulle vilja studera vidare. Vid Earth System Processes II-konferensen i Calgary, Kanada, höll Ron Greeley, planetgeolog och professor i geologi vid Arizona State University i Phoenix, Arizona, ett föredrag som sammanfattar vad som är känt om Jupiter och dess månar, och vad som återstår att upptäcka .
Det har funnits sex rymdfarkoster som har utforskat Jupitersystemet. De två första var Pioneer-rymdskepp på 1970-talet som flög av Jupitersystemet och gjorde några korta observationer. Dessa följdes av rymdskeppet Voyager I och II, som gav oss våra första detaljerade vyer över de galileiska satelliterna. Men det mesta av den information vi har kommer från Galileo-uppdraget. På senare tid fanns det en flyby av rymdskeppet Cassini, som gick av Jupiter och gjorde observationer på väg till Saturn, där det för närvarande är i drift. Men nästan allt vi vet om geologin i Jupitersystemet, och särskilt de galileiska satelliterna (Io, Europa, Ganymede och Callisto), kom från Galileo-uppdraget. Galileo gav oss en otrolig mängd information som vi fortfarande håller på att analysera i dag.
Det finns fyra galileiska satelliter. Io, det innersta, är vulkaniskt det mest aktiva objektet i solsystemet. Den hämtar sin inre energi från tidvattensspänningar i det inre, när det skjuts och dras mellan Europa och Jupiter. Den explosiva vulkanismen vi ser där är mycket imponerande. Det finns plommor som matas ut cirka 200 kilometer över ytan. Vi ser också effusiv vulkanism i form av lavaflöden som bryter ut på ytan. Dessa är mycket höga temperaturer, mycket vätskeflöden. På Io ser vi dessa flöden sträcka sig hundratals kilometer över ytan.
Alla de galileiska satelliterna är i elliptiska banor, vilket innebär att de ibland är närmare Jupiter, andra gånger är de längre bort, och de drivs av sina grannar. Det genererar intern friktion till tillräckliga nivåer, i fallet med Io, för att smälta det inre och "driva" vulkanerna. Samma processer äger rum på Europa. Och det finns en möjlighet att silikatvulkanism äger rum under den iskalla jordskorpan i Europa.
Ganymede är solens största satellit. Den har ett yttre isigt skal. Vi tror att det har ett hav under flytande vatten över en silikatkärna och kanske en liten inre metallkärna. Ganymede har utsatts för geologiska processer sedan bildandet. Det har en komplex historia, dominerad av tektoniska processer. Vi ser en kombination av mycket gamla funktioner och mycket unga funktioner. Vi kan se komplexa fakturamönster på dess yta som tvärs över äldre sprickmönster. Ytan är spruten till block som har skiftats omkring på det övervägande, till synes vätska, inre. Vi ser också effekthistoriken från perioden med tidigt bombardemang. Att ta bort Ganymedes tektoniska historia är ett arbete under process.
Callisto är den yttersta av de galileiska satelliterna. Det har också utsatts för påverkan bombardemang, vilket återspeglar solsystemets tidiga ackretionshistoria i allmänhet och Jupitersystemet i synnerhet. Ytan domineras av kratrar i alla storlekar. Men vi blev förvånade över den uppenbara bristen på mycket små slagkratrar. Vi ser mycket små slagkratrar på sin granne, Ganymede; vi ser dem inte på Callisto. Vi tror att det är någon process som raderar de små kratrarna - men bara i utvalda områden på månen. Detta är ett mysterium som inte har lösts: Vad är processen som tar bort de små kratrarna i vissa områden, eller alternativt kan de inte ha bildats där av någon anledning till att börja med? Återigen är detta ett ämne för pågående forskning.
Men jag vill främst prata om Europa. Europa är ungefär storleken på jordens måne. Det är främst ett silikatföremål, men det har ett yttre skal av H2O, vars yta är frusen. Den totala volymen vatten som täcker dess silikatinre överstiger allt vatten på jorden. Ytan på det vattnet är fruset. Frågan är: Vad ligger under det frysta skalet? Finns det fast is hela vägen till botten, eller finns det ett flytande hav? Vi tror att det finns flytande vatten under den isiga skorpan, men vi vet inte riktigt det med säkerhet. Våra idéer är baserade på modeller, och som alla modeller är de föremål för ytterligare studier.
Anledningen till att vi tror att det finns ett flytande hav på Europa beror på beteendet hos det inducerade magnetfältet runt Europa som mättes med magnetometern på Galileo. Jupiter har ett enormt magnetfält. Det inducerar i sin tur ett magnetfält, inte bara på Europa utan också på Ganymede och Callisto. Det sätt som det inducerade magnetfältet bete sig överensstämmer med närvaron av ett salt vatten under jord, inte bara på Europa utan också på Ganymede och Callisto.
Vi vet att ytan är vattenis. Vi vet att det finns icke-iskomponenter när det gäller olika salter. Och vi vet att ytan har bearbetats geologiskt: den har varit sprickad, läkt, upprepad upprepade gånger. Vi ser också relativt få slagkratrar på ytan. Det indikerar att ytan är geologiskt ung. Europa kan till och med vara geologiskt aktivt idag. Bilder av en region, i synnerhet, visar en yta som har brutits hårt upp. De isiga plattorna har gått sönder och skiftats till nya positioner. Material har oozed mellan sprickorna, sedan tydligen frusna, och vi tror att detta kan vara en av platserna där det var uppvärmningsmaterial, kanske drivs av tidvattenuppvärmningen jag talade om tidigare.
Vi tenderar att glömma omfattningen av saker inom planetariska vetenskaper. Men dessa isiga block är enorma. När vi tänker på framtida utforskning, skulle vi vilja komma ner på ytan och göra vissa nyckelmätningar. Så vi måste tänka på rymdskeppssystem som kan landa i den här typen av terräng. Eftersom det är dessa platser som kan ha material som härrör från under isen, är de högst prioriterade för utforskning. Och ändå, som ofta är fallet i planetutforskningen, är de mest intressanta platserna de svåraste att komma till.
Så vad skulle vi vilja veta? Den första och mest grundläggande är "havsuppfattningen." Finns flytande vatten eller inte? Är isskalet tjockt eller tunt? Om det finns ett hav där, hur tjock är den isiga skorpan? Detta är mycket viktigt att veta när vi funderar på att utforska ett eventuellt flytande hav på Europa: Om vi vill komma in i havet, hur djupt måste vi gå igenom isen? Vad är ytans ålder? Vi säger "unga", men det är bara en relativ term. Är det tusentals, hundratusentals, miljoner eller till och med miljarder år gamla? Modellerna möjliggör en ganska spridning i åldrar, baserat på slagkraterfrekvensen. Vilka miljöer finns det idag som är gynnsamma för astrobiologi? Och vad var miljöerna tidigare? Var de desamma, eller har de förändrats genom tiden? Svaren på dessa frågor kräver ny information.
En annan sak som driver vårt intresse för att utforska de galileiska satelliterna är att försöka förstå deras geologiska historia. Till viss del kan mångfalden som vi ser, från Io till Europa till Ganymede och Callisto, kopplas till mängden tidvattenenergi som driver systemet. Maximal tidvattenenergi driver den vulkanism som är så dominerande för Io. Vid den andra extrema resulterar väldigt lite tidvattenenergi på Callisto i bevarandet av kollateringsposten. Europa och Ganymede är mellan dessa två extrema fall.
Den totala ytan för de tre iskalla månarna i Jupiter (Europa, Ganymede och Callisto) är större än Marsytan och är i själva verket ungefär motsvarande jordens hela yta. Så när vi diskuterar utforskningen av de isiga galileiska satelliterna finns det mycket terräng att täcka.
När det gäller framtida utforskning, låt mig dela lite historia. För tre år sedan etablerade NASA Prometheus-projektet. Prometheus-projektet involverar utveckling av kärnkraft och kärnkraftsframdrivning, något som inte har beaktats på allvar på länge. Det första uppdraget som flögs i Prometheus-projektet var Jupiter Icy Moons Orbiter, eller JIMO. Målet var att utforska de tre isiga månarna inom ramen för Jupitersystemet. Det var ett mycket ambitiöst projekt. Tidigare i år avbröts JIMO. Men det ser ut som om det kommande året kommer det att finnas godkännande för en geofysisk orbiter för Europa. De första stegen för att komma igång det rymdskeppet övervägs nu. Europa är en mycket hög prioritet för utforskning, och i erkännande av denna prioritering kommer detta uppdrag sannolikt att hända.
Varför är vi så intresserade av Europa? När vi pratar om astrobiologi överväger vi de tre ingredienserna för livet: vatten, rätt kemi och energi. Deras närvaro betyder inte att livets magiska gnista någonsin har hänt, men det är de saker som vi tror krävs för livet. Och så, som jag skisserade, är alla tre Jupiters isiga månar potentiella mål. Men Europa har högsta prioritet, eftersom det verkar ha den maximala inre energin.
Så, naturligtvis, först skulle vi vilja veta: Finns det ett hav, ja eller nej?
Sedan, vad är den tredimensionella konfigurationen av den isiga skorpan? Vi vet att organismer kan leva i sprickor och sprickor i arktisk is. Sådana sprickor finns troligen också i Europa och kan vara nischer som är av stort intresse för astrobiologi.
Då vill vi kartlägga de organiska och oorganiska ytkompositionerna. Vi ser i de data som finns idag att ytan är heterogen. Det är inte bara ren is på ytan. Det finns vissa områden som verkar vara rikare på icke-iskomponenter än andra platser. Vi vill kartlägga det materialet.
Vi vill också kartlägga intressanta ytfunktioner och identifiera de platser som är viktigast för framtida utforskning, inklusive landare.
Då vill vi förstå Europa i samband med Jupitermiljön. Hur påverkar till exempel strålningsmiljön som införts av Jupiter ytkemi på Europa?
I slutändan vill vi komma ner på ytan, för det finns ett antal saker som vi bara kan göra från ytan. Vi har en stor mängd data från Galileo-uppdraget och hoppas kunna ha ännu mer från det potentiella Europa-uppdraget, men det är fjärranalysdata. Därefter vill vi få en lander på ytan som kan göra några kritiska mark-sanningsmätningar, för att placera fjärranalysdata i kontext. Och så inom det vetenskapliga samfundet anser vi att nästa uppdrag till Europa och Jupitersystemet borde ha ett landat paket av något slag. Men oavsett om detta faktiskt kommer att hända eller inte, håll dig anpassad!
Originalkälla: NASA Astrobiology
