Billedkredit: NASA
Beviserne hænger sammen med, at Europa, en af Jupiters måner, har et hav af vand dækket af et islag. Forskere spekulerer nu om, hvor tyk den is er ved at måle størrelsen og dybden af 65 slagkratre på månens overflade - ud fra hvad de kan fortælle, det er 19 km. Tykkelsen på Europas is vil have indflydelse på muligheden for at finde liv der: for tyk og sollys vil have problemer med at nå fotosyntetiske organismer.
Detaljeret kortlægning og måling af påvirkningskrater på Jupiters store iskolde satellitter, rapporteret i 23. maj 2002, udgave af tidsskriftet Nature, afslører, at Europas flydende isskal kan være mindst 19 kilometer tyk. Disse målinger fra Staff Scientist og geolog Dr. Paul Schenk ved Houston Lunar and Planetarium Institute indikerer, at forskere og ingeniører bliver nødt til at udvikle nye og smarte måder til at søge liv i den frosne verden med et varmt indre.
Den store europapizzadebat: “Tynd skorpe eller tyk skorpe?”
Geologiske og geofysiske beviser fra Galileo understøtter tanken om, at der findes et flydende vandhav under den iskolde overflade i Europa. Debatten koncentrerer sig nu om, hvor tyk denne iskalde er. Et hav kunne smelte gennem en tynd isskal kun et par kilometer tyk og udsætte vand og alt, hvad der svømmer i det for sollys (og stråling). En tynd isskal kunne smelte igennem, udsætte havet for overfladen og give let adgang til fotosyntetiske organismer til sollys. En tyk isskal, der er tyve kilometer tyk, ville meget usandsynligt smelte igennem.
Hvorfor er tykkelsen på Europas iskalde vigtig?
Tykkelsen er et indirekte mål for, hvor meget tidevandsopvarmning Europa får. Tidevarmeopvarmning er vigtig for at estimere, hvor meget flydende vand der er i Europa, og om der er vulkanisme på Europas havbund, men det skal afledes; det kan ikke måles. Det nye estimat på en tykkelse på 19 kilometer stemmer overens med nogle modeller til tidevandsopvarmning, men kræver meget yderligere undersøgelse.
Tykkelsen er vigtig, fordi den styrer, hvordan og hvor biologisk vigtigt materiale i Europas hav kan bevæge sig til overfladen eller tilbage ned til havet. Sollys kan ikke trænge mere end et par meter ind i den iskalde skal, så fotosyntetiske organismer kræver let adgang til Europas overflade for at overleve. Mere om dette emne senere.
Tykkelsen vil også i sidste ende bestemme, hvordan vi kan udforske Europas ocean og søge bevis for liv eller organisk kemi på Europa. Vi kan ikke bore eller prøve havet direkte gennem en sådan tyk skorpe og må udvikle kloge måder til at søge efter havmateriale, der kan have været udsat for overfladen.
Hvordan estimerer vi tykkelsen på Europas isskal?
Denne undersøgelse af påvirkningskrater på de store iskaldte galileiske satellitter i Europa er baseret på en sammenligning af topografien og morfologien af påvirkningskrater på Europa med dem på dets søster iskolde satellitter Ganymede og Callisto. Over 240 kratere, 65 af dem på Europa, er blevet målt af Dr. Schenk ved hjælp af stereo- og topografisk analyse af billeder erhvervet fra NASAs Voyager og Galileo rumfartøj. Galileo kredser i øjeblikket om Jupiter og går mod det endelige spring ned i Jupiter i slutningen af 2003. Selvom både Ganymede og Callisto menes at have flydende vandhav inde, antages de også at være temmelig dybe (ca. 100-200 kilometer). Dette betyder, at de fleste kratere ikke vil blive påvirket af verdenshavene og kan bruges til sammenligning med Europa, hvor dybden til havet er usikker, men sandsynligvis vil være meget lavere.
Estimatet af tykkelsen på Europas isskal er baseret på to nøgleobservationer. Den første er, at formene på Europas større kratre adskiller sig markant fra lignende størrelse krater på Ganymede og Callisto. Dr. Schenk's målinger viser, at kratere, der er større end 8 kilometer på tværs, grundlæggende er forskellige fra dem på Ganymede eller Callisto. Dette skyldes varmen i den nederste del af isskallen. Styrken af is er meget følsom over for temperatur, og varm is er blød og flyder temmelig hurtigt (tænk gletsjere).
Den anden observation er, at morfologi og form af kratere på Europa ændrer sig dramatisk, når kraterdiametre overstiger ~ 30 kilometer. Kratre, der er mindre end 30 kilometer, er flere hundrede meter dybe og har genkendelige fælge og centrale hævninger (dette er standardtræk ved slagkratere). Pwyll, et krater 27 km over, er en af de største af disse krater.
Kratere på Europa større end 30 kilometer har på den anden side ingen fælge eller løft og har ubetydelig topografisk udtryk. Snarere er de omgivet af sæt koncentriske trugge og rygge. Disse ændringer i morfologi og topografi indikerer en grundlæggende ændring i egenskaberne ved den iskolde skorpe i Europa. Den mest logiske ændring er fra fast til væske. De koncentriske ringe i store europæiske krater skyldes sandsynligvis engros sammenbrud af kraterbunden. Når det oprindeligt dybe kraterhul kollapser, styrter materialet bag den iskolde skorpe ind for at udfylde tomrummet. Dette indtrængende materiale trækker på den overliggende skorpe, sprækker det og danner de observerede koncentriske ringe.
Hvor kommer værdien på 19 til 25 kilometer fra?
Større slagkratre trænger dybere ned i en planets skorpe og er følsomme over for egenskaberne på disse dybder. Europa er ingen undtagelse. Nøglen er den radikale ændring i morfologi og form ved ~ 30 kilometer kraterdiameter. For at bruge dette skal vi estimere, hvor stort det oprindelige krater var, og hvor lavt et flydende lag skal være, før det kan påvirke den endelige form på slagkrateret. Dette er afledt af numeriske beregninger og laboratorieeksperimenter til påvirkningsmekanik. Dette? Krater sammenbrud model? anvendes derefter til at konvertere den observerede overgangsdiameter til en tykkelse for laget. Derfor registrerer eller registrerer kratere, der er 30 kilometer brede, lag 19-25 kilometer dybe.
Hvor sikre er disse estimater af Europas isskaldykkelse?
Der er en vis usikkerhed i den nøjagtige tykkelse ved hjælp af disse teknikker. Dette skyldes hovedsageligt usikkerheder i detaljerne om påvirkningskratermekanik, som er meget vanskelige at duplikere i laboratoriet. Usikkerheden er sandsynligvis kun mellem 10 og 20%, så vi kan med rimelighed være sikre på, at Europas isskal ikke er et par kilometer tyk.
Kunne isskallen have været tyndere i fortiden?
Der er bevis på kratertopografien, at istykkelsen på Ganymede har ændret sig over tid, og det samme kan være tilfældet for Europa. Estimatet for isskaldykkelse på 19 til 25 kilometer er relevant for den iskolde overflade, vi nu ser på Europa. Denne overflade er anslået til 30 til 50 millioner år eller deromkring. De fleste overfladematerialer ældre end dette er blevet ødelagt af tektonisme og genoverflader. Denne ældre iskorn kunne have været tyndere end i dag? S skorpe, men vi har i øjeblikket ingen måde at vide.
Kan isskallen på Europa have tynde pletter nu?
De påvirkningskrater, som Dr. Schenk studerede, var spredt over Europas overflade. Dette antyder, at isskallen er tyk overalt. Der kan være lokale områder, hvor skallen er tynd på grund af højere varmestrøm. Men isen ved bunden af skallen er meget varm, og som vi ser i gletsjere her på Jorden, strømmer varm is ret hurtigt. Som et resultat, nogen? Huller? i Europas isskal vil hurtigt blive udfyldt ved at flyde is.
Betyder en tyk isskal, at der ikke er noget liv i Europa?
Ingen! I betragtning af hvor lidt vi ved om livets oprindelse og forhold i Europa, er livet stadig plausibelt. Den sandsynlige tilstedeværelse af vand under isen er en af de vigtigste ingredienser. En tyk isskal gør fotosyntesen meget usandsynlig for Europa. Organismer ville ikke have hurtig eller let adgang til overfladen. Hvis organismer i Europa kan overleve uden sollys, er tykkelsen på skallen kun af sekundær betydning. Når alt kommer til alt klarer organismer sig ganske godt på bunden af Jordens oceaner ganske godt uden sollys og overlever på kemisk energi. Dette kan være tilfældet i Europa, hvis det er muligt for levende organismer at stamme fra dette miljø i første omgang.
Også da kunne Europas isskal have været meget tyndere i den fjerne fortid, eller måske eksisterede den ikke på et tidspunkt, og havet blev udsat nøgen for rummet. Hvis det var sandt, kunne en række organismer udvikle sig, afhængigt af kemi og tid. Hvis havet begyndte at fryse over, kunne de overlevende organismer derefter udvikle sig til uanset miljøer, der tillod dem at overleve, såsom vulkaner på havbunden (hvis der overhovedet dannes vulkaner).
Kan vi udforske livet i Europa, hvis isskallen er tyk?
Hvis skorpen virkelig er denne tykke, ville det være upraktisk at bore eller smelte gennem isen med bundne robotter! Ikke desto mindre kan vi søge efter organisk havkemi eller liv på andre steder. Udfordringen vil være for os at udtænke en smart strategi for at udforske Europa, der ikke vil forurene det, der alligevel finder det alligevel. Udsigten til en tyk isskaller begrænser antallet af sandsynlige steder, hvor vi kan finde udsat oceanisk materiale. Havmateriale bliver sandsynligvis indlejret som små bobler eller lommer eller som lag inden i is, der er bragt til overfladen på andre geologiske måder. Tre geologiske processer kunne gøre dette:
1. Slagkratere udgraver jordskorpemateriale fra dybden og skubber det ud på overfladen, hvor vi muligvis kan samle det op (for 50 år siden kunne vi afhente jernmeteoritfragmenter i flankerne på Meteor Crater i Arizona, men de fleste er fundet nu ). Desværre udgravede det største kendte krater i Europa, Tire, materiale fra kun 3 kilometer dyb, ikke dybt nok til at komme tæt på havet (på grund af geometri og mekanik, udgraverer kratere fra den øverste del af krateret, ikke den nederste). Hvis en lomme eller et lag havmateriale blev frosset ned i skorpen i lav dybde, kan den blive udtaget af et slagkrater. Faktisk har Tyres gulv en farve, der er lidt mere orange end den originale skorpe. Omtrent halvdelen af Europa blev imidlertid godt set af Galileo, så et større krater kunne være til stede på den dårligt sete side. Vi bliver nødt til at gå tilbage for at finde ud af det.
2. Der er stærke bevis for, at Europas iskalde er noget ustabil og er (eller er) overbevisende. Dette betyder, at klatter af dybt skorpemateriale stiger opad mod overfladen, hvor de undertiden udsættes som kupler flere kilometer brede (tænk på Lava Lamp, undtagen at klatterne er blødt, solidt materiale som Silly Putty). Ethvert havmateriale, der er indlejret i den nederste skorpe, kan derefter udsættes for overfladen. Denne proces kunne tage tusinder af år, og udsættelsen for Jupiters dødelige stråling ville mildest sagt være uvenlig! Men i det mindste kunne vi undersøge og prøve, hvad der er tilbage.
3. Genoverfladebehandling af brede områder af Europas overflade, hvor den iskaldte skald bogstaveligt talt har revet igennem og splittet fra hinanden. Disse områder er ikke tomme, men er fyldt med nyt materiale nedenunder. Disse områder ser ikke ud til at være blevet oversvømmet af havmateriale, men snarere af blød varm is fra bunden af skorpen. På trods af dette er det meget muligt, at oceanisk materiale kunne findes i dette nye skorpemateriale.
Vores forståelse af Europas overflade og historie er stadig meget begrænset. Ukendte processer kan forekomme, der bringer havmateriale til overfladen, men kun en tilbagevenden til Europa vil fortælle.
Hvad næste for Europa?
Med den nylige annullering af et foreslået Europa Orbiter på grund af omkostningsoverskridelser er dette et godt tidspunkt at genoverveje vores strategi for at udforske Europas hav. Bundne ubåde og dybe boresonde er temmelig upraktiske i en sådan dyb skorpe, men overfladelandere kan ikke desto mindre være meget vigtige. Inden vi sender en lander til overfladen, skal vi sende en rekognoseringsmission, enten i Jupiter eller Europa-bane, for at søge efter eksponeringer af havmateriale og tynde pletter i skorpen og for at spejde efter de bedste landingssteder. En sådan mission ville gøre brug af enormt forbedrede infrarøde kortlægningsmuligheder til mineralidentifikation (når alt kommer til alt er Galileo-instrumenterne næsten 25 år gamle). Stereo- og laserinstrumenter ville blive brugt til topografisk kortlægning. Sammen med tyngdekraftsundersøgelser kunne disse data bruges til at søge efter relativt tynde områder af den iskolde skorpe. Endelig observerede Galileo mindre end halvdelen af Europa ved resolutioner, der var tilstrækkelige til kortlægning, inklusive slagkratere. Kratere på denne dårligt set halvkugle kunne for eksempel indikere, om Europas isskal var tyndere i fortiden.
En Lander for Europa?
En lander med et seismometer kunne lytte til europa-jordskælv genereret af de daglige tidevandskræfter, der udøves af Jupiter og Io. Seismiske bølger kan bruges til præcist at kortlægge dybden til bunden af isskallen og muligvis også havets bund. Ombord kemiske analysatorer ville derefter søge efter organiske molekyler eller andre biologiske sporstoffer og potentielt bestemme havkemi, en af de grundlæggende indikatorer for Europas perspektiver som en "beboet"? planet. En sådan lander ville sandsynligvis være nødt til at bore flere meter for at komme gennem zonen med stråleskader på overfladen. Først efter disse missioner er i gang, kan vi derefter begynde den rigtige udforskning af denne fristende planetstore måne. For at parafrasere Monty Python, "er den ikke død endnu !?
Original kilde: USRA News Release
