Kujutise krediit: NASA
Tõendid on kinnitanud, et Jupiteri kuudel asuval Europa'l on jääkilega kaetud ookean. Teadlased spekuleerivad nüüd, kui paks see jää on, mõõtes Kuu pinnal 65 löökkraatri suurust ja sügavust - nende sõnul on see 19 km. Euroopa jää paksus mõjutab võimalust seal leidu leida: liiga paksul ja päikesevalguse käes on raskusi fotosünteetiliste organismide jõudmisega.
Jupiteri suurte jäiste satelliitide üksikasjalik kaardistamine ja mõõtmine, millest teatati ajakirja Nature 23. mai 2002. aasta numbris, näitas, et Europa ujuv jääkest võib olla vähemalt 19 kilomeetri paksune. Need Houstoni Kuu- ja Planetaariinstituudi personali teadlase ja geoloogi dr Paul Schenki tehtud mõõtmised näitavad, et teadlased ja insenerid peavad välja töötama uued ja nutikad vahendid sooja sisekujundusega külmunud maailmas elu otsimiseks.
Suur Euroopa pitsadebatt: “Õhuke koor või paks koorik?”
Galileo geoloogilised ja geofüüsikalised tõendid toetavad ideed, et Europa jäise pinna all on vedelvee ookean. Arutelu keskendub nüüd sellele, kui paks see jäine kest on. Ookean võis sulada läbi õhukese jääkesta vaid mõne kilomeetri paksuse, paljastades vett ja kõike selles ujuvat päikesevalgust (ja kiirgust). Õhuke jääkest võib läbi sulada, paljastades ookeani pinna ja võimaldades fotosünteesi tekitavate organismide hõlpsat juurdepääsu päikesevalgusele. Kümnete kilomeetrite paksune paks jääkest sulaks väga ebatõenäoliseks.
Miks on Europa jäise kesta paksus oluline?
Paksus on kaudne mõõde selle kohta, kui palju loodete kütmist Europa saab. Loodete soojendamine on oluline, et hinnata, kui palju vedelat vett on Euroopas ja kas Europa merepõhjas on vulkaanilisust, kuid see tuleb tuletada; seda ei saa mõõta. Uus hinnang 19-kilomeetrise paksuse kohta on kooskõlas mõne loodete soojendamise mudeliga, kuid nõuab palju täiendavaid uuringuid.
Paksus on oluline, kuna see kontrollib, kuidas ja kuhu saab Euroopa ookeani bioloogiliselt oluline materjal pinnale või tagasi ookeani alla liikuda. Päikesevalgus ei suuda tungida jäisesse kooresse rohkem kui paar meetrit, mistõttu vajavad fotosünteesivad organismid ellujäämiseks hõlpsat juurdepääsu Euroopa pinnale. Sellest teemast hiljem lähemalt.
Paksus määrab lõplikult ka selle, kuidas saame uurida Euroopa ookeani ja otsida tõendusmaterjale mis tahes elu või orgaanilise keemia kohta Europa veebis. Me ei saa ookeani puurida ega proovida otse läbi sellise paksu maakoore ja peame välja töötama nutikad viisid, kuidas otsida ookeanimaterjali, mis võis pinnal kokku puutuda.
Kuidas me hindame Europa jääkesta paksust?
See Europa suurte jäiste Galilea satelliitide löögikraatrite uuring põhineb Europa löögikraatri topograafia ja morfoloogia võrdlemisel tema õdede jäiste satelliitide Ganymede ja Callisto omadega. Dr Schenk on mõõtnud NASA Voyageri ja Galileo kosmoselaevadelt saadud piltide stereo- ja topograafilise analüüsi abil üle 240 kraatri, neist 65 Europa-s, kraatrite abil. Galileo tiirleb praegu Jupiteril ja suundub oma lõpliku sukeldumise poole Jupiterisse 2003. aasta lõpus. Ehkki arvatakse, et nii Ganymedes kui ka Callistos on vedelad veemokeanid, arvatakse nad olevat ka üsna sügavad (umbes 100-200 kilomeetrit). See tähendab, et ookeanid ei mõjuta enamikku kraatritest ning neid saab kasutada võrdluseks Europaga, kus ookeani sügavus on ebakindel, kuid tõenäoliselt on see palju madalam.
Euroopa jääkesta kestuse hinnang põhineb kahel peamisel vaatlusel. Esimene on see, et Europa suuremate kraatrite kujud erinevad märkimisväärselt Ganymede ja Callisto samalaadsetest kraatritest. Dr Schenki mõõtmistulemused näitavad, et üle 8 kilomeetri suuremad kraatrid erinevad põhimõtteliselt Ganymede või Callisto omadest. Selle põhjuseks on jääkesta alumise osa soojus. Jää tugevus on temperatuuri suhtes väga tundlik ja soe jää on pehme ja voolab üsna kiiresti (mõelge liustikele).
Teine tähelepanek on, et kraatrite morfoloogia ja kuju Euroopas muutuvad dramaatiliselt, kuna kraatri läbimõõt ületab ~ 30 kilomeetrit. Alla 30 kilomeetri väiksemad kraatrid on mitusada meetrit sügavad ja neil on äratuntavad veljed ja keskne tõus (need on löögikraatrite standardsed omadused). Pwyll, 27 kilomeetrit ületav kraater, on nendest kraatritest üks suurimaid.
Teisest küljest ei ole üle 30 kilomeetri pikkustel Euroopa kraatritel velgi ega tõstukeid ning nende topograafiline väljendus on ebaoluline. Pigem on nad ümbritsetud kontsentriliste künade ja servadega. Need muutused morfoloogias ja topograafias näitavad olulist muutust Europa jäise kooriku omadustes. Kõige loogilisem muutus toimub tahkest vedelaks. Kontsentrilised rõngad suurtes Euroopa kraatrites on tõenäoliselt tingitud kraatri põhja hulgimüügist. Kuna algselt sügav kraatriauk variseb, tormab jäise kooriku alusmaterjal tühimikku täitma. See sissetungiv materjal tõmbab pealmisele koorikule, purustades selle ja moodustades vaadeldavad kontsentrilised rõngad.
Kust tuleb väärtus 19–25 kilomeetrit?
Suuremad löögikraatrid tungivad sügavamale planeedi koorikusse ja on tundlikud nende sügavuste omaduste suhtes. Europa pole erand. Võti on morfoloogia ja kuju radikaalne muutus kraatri läbimõõduga ~ 30 kilomeetrit. Selle kasutamiseks peame hindama, kui suur oli algne kraater ja kui madal vedelikukiht peab olema, enne kui see võib mõjutada löögikraatri lõplikku kuju. See on saadud arvulistest arvutustest ja löögimehaanika laboratoorsetest katsetest. See? Kraatri kokkuvarisemise mudel? Seejärel kasutatakse vaadeldava siirde läbimõõdu teisendamiseks kihi paksuseks. Seetõttu tunnevad või tuvastavad 30 kilomeetri laiused kraatrid 19-25 kilomeetri sügavusi kihte.
Kui kindlad on need hinnangud Europa jääkesta kestusele?
Nende meetodite kasutamisel on täpne paksus teatav. Selle põhjuseks on peamiselt ebakindlus löögikraavi mehaanika üksikasjades, mida on laboris väga keeruline dubleerida. Ebakindlus jääb tõenäoliselt siiski vahemikku 10–20%, nii et võime olla üsna kindel, et Europa jääkoore paksus pole vaid mõni kilomeeter.
Kas jääkoor võis minevikus olla õhem?
Kraatri topograafias on tõendeid selle kohta, et Ganymede jää paksus on aja jooksul muutunud ja sama võib kehtida ka Europa kohta. Jääkoore paksuse hinnanguline suurus vahemikus 19–25 kilomeetrit on asjakohane jäise pinna suhtes, mida me nüüd Euroopas näeme. Selle pinna suurus on hinnanguliselt umbes 30 kuni 50 miljonit aastat. Enamik sellest vanemaid pinnamaterjale on hävinud tektoonika ja pinnakatte abil. See vanem jäine koorik oleks võinud olla peenem kui tänapäeva koorik, kuid praegu pole meil seda teada.
Kas Europa jääjääl võiks olla õhukesi kohti?
Dr Schenk uuritud löögikraatrid olid hajutatud kogu Euroopa pinnale. See viitab sellele, et jääkest on kõikjal paks. Võib esineda kohalikke piirkondi, kus kest on suurema soojusvoo tõttu õhuke. Kuid koore põhjas olev jää on väga soe ja nagu me näeme siin Maa peal asuvates liustikes, voolab soe jää üsna kiiresti. Selle tagajärjel on auke? Euroopas täidab jääjää kiiresti voolava jääga.
Kas paks jääkest tähendab, et Euroopas pole elu?
Ei! Arvestades seda, kui vähe me teame elust ja päritolust Euroopas, on elu endiselt usutav. Vee tõenäoline olemasolu jää all on üks peamisi koostisosi. Paks jääkest muudab fotosünteesi Europa'is väga ebatõenäoliseks. Organismidel ei oleks kiiret ega hõlpsat juurdepääsu pinnale. Kui Europa sisesed organismid suudavad ilma päikesevalguseta ellu jääda, on koore paksus vaid teisejärguline. Lõppude lõpuks saavad organismid Maa ookeanides üsna hästi hakkama ilma päikesevalguseta, püsides keemilise energia käes. See võib tõsi olla Europa veebis, kui elusorganismid võivad sellest keskkonnast pärineda.
Ka siis võis Euroopa jääkoorem kauges minevikus olla palju õhem või võib-olla polnud seda mingil hetkel olemas ja ookean paljastus kosmosesse. Kui see oleks tõsi, siis sõltuvalt keemiast ja ajast saaks areneda mitmesuguseid organisme. Kui ookean hakkaks üle külmuma, võiksid ellujäävad organismid areneda ükskõik millisesse keskkonda, mis võimaldas neil ellu jääda, näiteks ookeani põhjas asuvad vulkaanid (kui vulkaanid üldse tekivad).
Kas saame kogu Euroopas uurida, kui jääkest on paks?
Kui koorik on tõepoolest selline paks, siis pole külmunud robotitega jääl puurimine või sulamine ebapraktiline! Sellegipoolest võime otsida orgaanilist ookeani keemiat või elu muudes kohtades. Meie ülesanne on välja töötada nutikas strateegia Euroopa uurimiseks, mis ei saastaks seda, mis seal veel leidub. Paks jääkooriku väljavaade piirab tõenäoliste paikade arvu, kus võib leida paljastatud ookeanimaterjali. Tõenäoliselt tuleb ookeanimaterjal varjata väikeste mullide või taskutega või jääkihtidena, mis on muude geoloogiliste vahenditega pinnale viidud. Kolm geoloogilist protsessi võiks seda teha:
1. Löögikraatrid kaevavad kooriku materjali sügavusest välja ja väljutavad selle pinnale, kust seda võiksime korjata (50 aastat tagasi võisime Arizonas asuva Meteoriidikraatri küljelt korjata raudmeteoriidikilde, kuid enamik neist on praeguseks leitud) ). Kahjuks kaevas Euroopa suurim teadaolev kraater Tire välja materjali ainult 3 kilomeetri sügavuselt, mis pole piisavalt sügav, et pääseda ookeani lähedale (geomeetria ja mehaanika tõttu kaevavad kraatrid kraatri ülemisest osast, mitte alumisest). Kui madalas sügavuses oleks koorikusse külmunud tasku või kiht ookeanimaterjali, võib selle proov võtta löögikraatriga. Tõepoolest, Rehvi põrandal on värv, mis on pisut oranžim kui algne koorik. Ligikaudu pool Euroopat oli Galileol hästi näha, nii et halvemini nähtaval küljel võib olla suurem kraater. Me peame tagasi minema, et seda teada saada.
2. On kindlaid tõendeid selle kohta, et Europa jäine kest on mõnevõrra ebastabiilne ja on (või on) mõjunud. See tähendab, et sügava kooriku materjali plekid tõusevad ülespoole pinna poole, kus nad paljastuvad mõnikord mitme kilomeetri laiuste kuplitena (mõelge Lavalambile, välja arvatud see, et plekid on pehmest tahkest materjalist, näiteks Silly Putty). Seejärel võib pinnaga kokku puutuda mis tahes ookeanimaterjal, mida ümbritseb alumine koorik. See protsess võib võtta tuhandeid aastaid ja kokkupuude Jupiteri surmava kiirgusega oleks pehmelt öeldes ebasõbralik! Kuid vähemalt saaksime uurida ja proovida, mis jääb tahaplaanile.
3. Europa pinna laiade piirkondade katmine, kus jäine kest on sõna otseses mõttes läbi rebinud ja lõhenenud. Need alad pole tühjad, vaid on altpoolt täidetud uue materjaliga. Tundub, et neid alasid pole üle ujutanud ookeanimaterjal, vaid pigem kooriku põhjast tulnud pehme soe jää. Sellele vaatamata on väga võimalik, et selle uue maakoormaterjali hulgast võib leida ookeanilist materjali.
Meie arusaam Europa pinnast ja ajaloost on endiselt väga piiratud. Võib toimuda tundmatuid protsesse, mis viivad ookeanimaterjali pinnale, kuid sellest annab teada ainult naasmine Euroopasse.
Mis saab Europaist edasi?
Kuna kavandatav Europa Orbiter hiljuti tühistati kulude ületuste tõttu, on praegu hea aeg vaadata läbi meie strateegia Euroopa ookeani uurimiseks. Sõlmitud allveelaevad ja sügavad puurimissondid on sellise sügava kooriku puhul üsna ebapraktilised, kuid pinnapealsed maandumised võivad sellegipoolest olla väga olulised. Enne maapealse pinna saatmist peaksime saatma luuremissiooni kas Jupiteri või Europa orbiidil, et otsida ookeanimaterjali ja kooriku õhukeste laikude kokkupuuteid ning otsida parimaid maandumiskohti. Selline missioon kasutaks mineraalide tuvastamiseks märkimisväärselt täiustatud infrapuna kaardistamise võimalusi (on ju Galileo instrumendid peaaegu 25 aastat vanad). Topograafiliseks kaardistamiseks kasutataks stereo- ja laserinstrumente. Koos gravitatsiooniuuringutega saaks neid andmeid kasutada jäise kooriku suhteliselt õhukeste piirkondade otsimiseks. Lõpuks, Galileo vaatles kaardistamiseks piisavate resolutsioonidega vähem kui poolt Euroopat, sealhulgas löögikraatreid. Näiteks selle halvasti nähtava poolkera kraatrid võiksid näidata, kas Europa jääkoorem oli varem õhem.
Kas Europa on Lander?
Seismomeetriga maandur võib kuulata Jupiteri ja Io igapäevaste loodejõudude tekitatud europakke. Seismiliste lainete abil saab sügavust täpselt kaardistada jääkesta põhja ja võimaluse korral ka ookeani põhja. Pardal olevad keemiaanalüsaatorid otsiksid siis orgaanilisi molekule või muid bioloogilisi märgiseid ja määraksid potentsiaalselt ookeanikeemia, mis on üks olulisemaid indikaatoreid Europa asustatuna? planeet. Sellise maanduri jaoks oleks vaja pinnal kiirguskahjustuste tsooni pääsemiseks mitu meetrit puurida. Alles pärast nende missioonide algust saame alustada selle kiusliku planeedi suurusega kuu tõelist uurimist. Parafraseerides Monty Pythonit, pole see veel surnud!
Algne allikas: USRA pressiteade
