Afbeelding tegoed: NASA
Er zijn steeds meer bewijzen dat Europa, een van de manen van Jupiter, een oceaan van water heeft die bedekt is met een ijslaag. Wetenschappers speculeren nu over hoe dik dat ijs is door de grootte en diepte van 65 inslagkraters op het maanoppervlak te meten - van wat ze kunnen zien, is het 19 km. De dikte van Europa's ijs zal van invloed zijn op de mogelijkheid om daar leven te vinden: te dik en zonlicht zal moeite hebben om fotosynthetische organismen te bereiken.
Gedetailleerde mapping en metingen van inslagkraters op de grote ijzige satellieten van Jupiter, gerapporteerd in het nummer van 23 mei 2002 van het tijdschrift Nature, onthullen dat Europa's drijvende ijsschaal minstens 19 kilometer dik kan zijn. Deze metingen, door Staff Scientist en geoloog Dr. Paul Schenk, van het Lunar and Planetary Institute in Houston, geven aan dat wetenschappers en ingenieurs nieuwe en slimme manieren zullen moeten ontwikkelen om te zoeken naar leven op de bevroren wereld met een warm interieur.
The Great Europa Pizza Debate: "Thin Crust or Thick Crust?"
Geologisch en geofysisch bewijs van Galileo ondersteunt het idee dat er een oceaan met vloeibaar water bestaat onder het ijzige oppervlak van Europa. Het debat gaat nu over hoe dik deze ijzige schaal is. Een oceaan kan smelten door een dunne ijslaag van slechts een paar kilometer dik, waardoor water en alles wat erin zwemt aan zonlicht (en straling) wordt blootgesteld. Een dunne ijsschaal kan door smelten, waardoor de oceaan aan het oppervlak wordt blootgesteld en fotosynthetische organismen gemakkelijk toegang krijgen tot zonlicht. Het is zeer onwaarschijnlijk dat een dikke ijslaag van tientallen kilometers dik door smelt.
Waarom is de dikte van Europa's ijzige schaal belangrijk?
De dikte is een indirecte maat voor hoeveel getijdenverwarming Europa krijgt. Getijdenverwarming is belangrijk om te schatten hoeveel vloeibaar water er in Europa is en of er vulkanisme op de zeebodem van Europa is, maar het moet worden afgeleid; het kan niet worden gemeten. De nieuwe schatting van een dikte van 19 kilometer komt overeen met sommige modellen voor getijdenverwarming, maar vereist veel aanvullende studie.
De dikte is belangrijk omdat het bepaalt hoe en waar biologisch belangrijk materiaal in de oceaan van Europa naar de oppervlakte of terug naar de oceaan kan bewegen. Zonlicht kan niet meer dan een paar meter in de ijzige schaal doordringen, dus fotosynthetische organismen hebben gemakkelijke toegang tot het oppervlak van Europa nodig om te overleven. Meer hierover later.
De dikte zal uiteindelijk ook bepalen hoe we de oceaan van Europa kunnen verkennen en zoeken naar bewijs van leven of organische chemie op Europa. We kunnen de oceaan niet rechtstreeks boren of bemonsteren door zo'n dikke korst en moeten slimme manieren ontwikkelen om te zoeken naar oceaanmateriaal dat mogelijk aan het oppervlak is blootgesteld.
Hoe schatten we de dikte van de ijsschaal van Europa?
Deze studie van inslagkraters op de grote ijzige Galilese satellieten van Europa is gebaseerd op een vergelijking van de topografie en morfologie van inslagkrater op Europa met die op zijn zustige ijzige satellieten Ganymedes en Callisto. Meer dan 240 kraters, waarvan 65 in Europa, zijn door Dr. Schenk gemeten met behulp van stereo- en topografische analyse van beelden die zijn verkregen van NASA's Voyager- en Galileo-ruimtevaartuigen. Galileo draait momenteel in een baan om Jupiter en gaat eind 2003 naar zijn laatste duik in Jupiter. Hoewel wordt aangenomen dat zowel Ganymedes als Callisto vloeibare oceanen binnen hebben, wordt aangenomen dat ze ook vrij diep zijn (ongeveer 100-200 kilometer). Dit betekent dat de meeste kraters niet worden aangetast door de oceanen en kunnen worden gebruikt voor vergelijking met Europa, waar de diepte naar de oceaan onzeker is maar waarschijnlijk veel ondieper zal zijn.
De schatting van de dikte van Europa's ijsschaal is gebaseerd op twee belangrijke waarnemingen. De eerste is dat de vormen van de grotere kraters van Europa aanzienlijk verschillen van kraters van vergelijkbare grootte op Ganymedes en Callisto. De metingen van Dr. Schenk tonen aan dat kraters die groter zijn dan 8 kilometer fundamenteel verschillen van die op Ganymedes of Callisto. Dit komt door de warmte van het onderste deel van de ijsschaal. De sterkte van ijs is erg temperatuurgevoelig en warm ijs is zacht en stroomt vrij snel (denk aan gletsjers).
De tweede observatie is dat de morfologie en de vorm van kraters op Europa dramatisch veranderen naarmate kraterdiameters groter zijn dan ~ 30 kilometer. Kraters kleiner dan 30 kilometer zijn enkele honderden meters diep en hebben herkenbare randen en centrale opwaartse bewegingen (dit zijn standaardkenmerken van inslagkraters). Pwyll, een krater van 27 kilometer breed, is een van de grootste van deze kraters.
Kraters op Europa groter dan 30 kilometer hebben daarentegen geen randen of opheffingen en hebben een verwaarloosbare topografische expressie. Ze worden eerder omringd door sets concentrische troggen en richels. Deze veranderingen in morfologie en topografie duiden op een fundamentele verandering in de eigenschappen van de ijzige korst van Europa. De meest logische verandering is van vast naar vloeibaar. De concentrische ringen in grote Europan-kraters zijn waarschijnlijk te wijten aan de grootschalige instorting van de kraterbodem. Terwijl het oorspronkelijk diepe kratergat instort, stroomt het materiaal onder de ijzige korst naar binnen om de leegte op te vullen. Dit indringende materiaal sleept de bovenliggende korst, breekt het en vormt de waargenomen concentrische ringen.
Waar komt de waarde van 19 tot 25 kilometer vandaan?
Grotere inslagkraters dringen dieper door in de korst van een planeet en zijn gevoelig voor de eigenschappen op die diepten. Europa is geen uitzondering. De sleutel is de radicale verandering in morfologie en vorm bij een kraterdiameter van ~ 30 kilometer. Om dit te gebruiken, moeten we inschatten hoe groot de oorspronkelijke krater was en hoe ondiep een vloeibare laag moet zijn voordat deze de uiteindelijke vorm van de inslagkrater kan beïnvloeden. Dit is afgeleid van numerieke berekeningen en laboratoriumexperimenten in impactmechanica. Dit model voor het instorten van de krater? wordt vervolgens gebruikt om de waargenomen overgangsdiameter om te zetten in een dikte voor de laag. Vandaar dat kraters van 30 kilometer breed lagen van 19-25 kilometer diep detecteren of detecteren.
Hoe zeker zijn deze schattingen van de ijsdikte van Europa?
Er is enige onzekerheid in de exacte dikte bij gebruik van deze technieken. Dit komt voornamelijk door onzekerheden in de details van de mechanica van inslagkraters, die in het laboratorium erg moeilijk te dupliceren zijn. De onzekerheden zijn waarschijnlijk slechts tussen 10 en 20%, dus we kunnen er redelijk zeker van zijn dat Europa's ijsschaal niet een paar kilometer dik is.
Zou de ijsschaal in het verleden dunner zijn geweest?
Er is bewijs in de topografie van de krater dat de dikte van het ijs op Ganymedes in de loop van de tijd is veranderd, en hetzelfde kan gelden voor Europa. De schatting voor de dikte van de ijslaag van 19 tot 25 kilometer is relevant voor het ijzige oppervlak dat we nu op Europa zien. Dit oppervlak wordt geschat op 30 tot 50 miljoen jaar of zo. De meeste oppervlaktematerialen ouder dan dit zijn vernietigd door tektonisme en weer opduiken. Deze oudere ijzige korst had dunner kunnen zijn dan de korst van vandaag, maar we kunnen het op dit moment niet weten.
Zou de ijsschaal op Europa nu dunne plekken kunnen hebben?
De inslagkraters die Dr. Schenk bestudeerde, waren verspreid over Europa? S oppervlak. Dit suggereert dat de ijsschaal overal dik is. Er kunnen lokale gebieden zijn waar de schaal dun is vanwege een hogere warmtestroom. Maar het ijs aan de basis van de schelp is erg warm en zoals we zien bij gletsjers hier op aarde, stroomt er vrij snel warm ijs. Als gevolg hiervan zijn er? Gaten? in de ijsschaal van Europa wordt snel opgevuld door stromend ijs.
Betekent een dikke ijslaag dat er geen leven is op Europa?
Nee! Gezien het feit dat we weinig weten over de oorsprong van het leven en de omstandigheden in Europa, is het leven nog steeds aannemelijk. De waarschijnlijke aanwezigheid van water onder het ijs is een van de belangrijkste ingrediënten. Een dikke ijslaag maakt fotosynthese hoogst onwaarschijnlijk in Europa. Organismen zouden geen snelle of gemakkelijke toegang tot het oppervlak hebben. Als organismen binnen Europa kunnen overleven zonder zonlicht, dan is de dikte van de schaal slechts van ondergeschikt belang. Organismen doen het immers vrij goed op de bodem van de oceanen van de aarde zonder zonlicht, en overleven op chemische energie. Dit zou op Europa waar kunnen zijn als levende organismen in de eerste plaats in deze omgeving kunnen ontstaan.
Bovendien kon de ijsschaal van Europa in het verre verleden veel dunner zijn geweest, of misschien bestond die op een gegeven moment niet en stond de oceaan bloot aan de ruimte. Als dat waar was, zouden er verschillende organismen kunnen evolueren, afhankelijk van chemie en tijd. Als de oceaan zou beginnen te bevriezen, zouden de overlevende organismen zich dan kunnen ontwikkelen naar welke omgevingen ze ook mochten overleven, zoals vulkanen op de oceaanbodem (als er al vulkanen ontstaan).
Kunnen we voor het leven op Europa verkennen als de schelp dik is?
Als de korst inderdaad zo dik is, dan is boren of smelten door het ijs met vastgebonden robots onpraktisch! Desalniettemin kunnen we zoeken naar organische oceaanchemie of leven op andere locaties. De uitdaging zal voor ons zijn om een slimme strategie te bedenken om Europa te verkennen die niet zal vervuilen wat er is, maar het toch vindt. Het vooruitzicht van een dikke ijslaag beperkt het aantal waarschijnlijke plaatsen waar we blootgesteld oceanisch materiaal zouden kunnen vinden. Hoogstwaarschijnlijk zal oceaanmateriaal moeten worden ingebed als kleine belletjes of zakjes of als lagen in ijs die met andere geologische middelen naar de oppervlakte zijn gebracht. Drie geologische processen kunnen dit doen:
1. Impactkraters graven aardkorstmateriaal uit de diepte en werpen het uit op het oppervlak, waar we het zouden kunnen oppikken (50 jaar geleden konden we ijzermeteorietfragmenten oppikken op de flanken van Meteor Crater in Arizona, maar de meeste zijn inmiddels gevonden ). Helaas heeft de grootste bekende krater van Europa, Tyrus, materiaal opgegraven van slechts 3 kilometer diep, niet diep genoeg om in de buurt van de oceaan te komen (vanwege geometrie en mechanica graven kraters uit het bovenste deel van de krater, niet de onderste). Als een zak of laag oceaanmateriaal op ondiepe diepte in de korst is ingevroren, kan deze worden bemonsterd door een inslagkrater. Inderdaad, de vloer van Tyre heeft een kleur die iets meer oranje is dan de originele korst. Ongeveer de helft van Europa werd echter goed gezien door Galileo, dus aan de slecht geziene kant zou een grotere krater aanwezig kunnen zijn. We zullen terug moeten gaan om erachter te komen.
2. Er zijn sterke aanwijzingen dat de ijzige schil van Europa enigszins onstabiel is en convectie heeft (of heeft). Dit betekent dat klodders van diep korstmateriaal omhoog stijgen naar het oppervlak waar ze soms worden blootgesteld als koepels van enkele kilometers breed (denk aan lavalamp, behalve dat de klodders zacht, vast materiaal zijn zoals Silly Putty). Al het oceaanmateriaal dat in de onderste korst is ingebed, kan dan aan het oppervlak worden blootgesteld. Dit proces kan duizenden jaren in beslag nemen en de blootstelling aan de dodelijke straling van Jupiter zou op zijn zachtst gezegd onvriendelijk zijn! Maar we zouden tenminste kunnen onderzoeken en bemonsteren wat er achterblijft.
3. Opduiken van grote delen van Europa? S oppervlak waar de ijzige schelp letterlijk is doorgescheurd en uit elkaar is gespleten. Deze ruimtes zijn niet leeg maar zijn van onderaf gevuld met nieuw materiaal. Deze gebieden lijken niet te zijn overspoeld door oceaanmateriaal, maar eerder door zacht, warm ijs vanaf de bodem van de korst. Desondanks is het heel goed mogelijk dat oceanisch materiaal in dit nieuwe korstmateriaal te vinden is.
Ons begrip van Europa's oppervlak en geschiedenis is nog steeds erg beperkt. Er kunnen onbekende processen optreden die oceaanmateriaal naar de oppervlakte brengen, maar alleen een terugkeer naar Europa zal het leren.
Wat volgt er voor Europa?
Met de recente annulering van een voorgestelde Europa Orbiter als gevolg van kostenoverschrijdingen, is dit een goed moment om onze strategie voor het verkennen van de oceaan van Europa opnieuw te bekijken. Vastgebonden onderzeeërs en diepe boorsondes zijn nogal onpraktisch in zo'n diepe korst, maar landingen aan de oppervlakte kunnen desalniettemin erg belangrijk zijn. Voordat we een lander naar de oppervlakte sturen, moeten we een verkenningsmissie sturen, in een baan om Jupiter of Europa, om te zoeken naar blootstellingen van oceaanmateriaal en dunne plekken in de korst en om de beste landingsplaatsen te verkennen. Zo'n missie zou gebruik maken van sterk verbeterde infrarood mapping mogelijkheden voor minerale identificatie (de Galileo instrumenten zijn immers bijna 25 jaar oud). Stereo- en laserinstrumenten zouden worden gebruikt voor topografische kaarten. Samen met zwaartekrachtstudies zouden deze gegevens kunnen worden gebruikt om te zoeken naar relatief dunne gebieden van de ijzige korst. Ten slotte heeft Galileo minder dan de helft van Europa waargenomen bij resoluties die voldoende waren om in kaart te brengen, inclusief inslagkraters. Kraters op dit slecht geziene halfrond zouden bijvoorbeeld kunnen aangeven of de ijsschaal van Europa in het verleden dunner was.
Een Lander voor Europa?
Een lander met een seismometer kon luisteren naar aardbevingen in Europa die werden veroorzaakt door de dagelijkse getijdekrachten van Jupiter en Io. Seismische golven kunnen worden gebruikt om de diepte nauwkeurig in kaart te brengen op de bodem van de ijsschaal en mogelijk ook op de bodem van de oceaan. Chemische analysatoren aan boord zouden dan op zoek gaan naar organische moleculen of andere biologische tracers en mogelijk de oceaanchemie bepalen, een van de fundamentele indicatoren van Europa's vooruitzichten als 'bewoond'. planeet. Zo'n lander zou waarschijnlijk enkele meters moeten boren om door de zone van stralingsschade aan de oppervlakte te komen. Pas nadat deze missies zijn begonnen, kunnen we beginnen met de echte verkenning van deze verleidelijke maan van planeetformaat. Om Monty Python te parafraseren:? Het is nog niet dood !?
Oorspronkelijke bron: USRA News Release
