Attēla kredīts: NASA
Ir pierādījumi, ka Eiropai, kas ir viena no Jupitera pavadoņiem, ir ūdens okeāns, ko klāj ledus loksne. Zinātnieki tagad spekulē par to, cik biezs ir šis ledus, izmērot 65 trieciena krāteru lielumu un dziļumu uz Mēness virsmas - no tā, ko viņi var pateikt, tas ir 19 km. Eiropas ledus biezums ietekmēs iespēju tur atrast dzīvību: pārāk biezam un saules gaismai būs grūti sasniegt fotosintētiskos organismus.
Detalizēta Jupitera ledus satelītu triecienkrāteru kartēšana un mērīšana, par kuriem ziņots 2002. gada 23. maija žurnāla Nature numurā, atklāj, ka Europa peldošais ledus apvalks var būt vismaz 19 kilometru biezs. Šie Hjūstonas Mēness un planetārā institūta personāla zinātnieka un ģeologa Dr. Paula Šenka veiktie mērījumi norāda, ka zinātniekiem un inženieriem būs jāizstrādā jauni un gudri līdzekļi dzīves meklēšanai sasalušajā pasaulē ar siltu interjeru.
Lielā Europa picas diskusija: “Plāna garoza vai bieza garoza?”
Ģeoloģiskie un ģeofizikālie pierādījumi no Galileo atbalsta ideju, ka zem Europa ledainās virsmas pastāv šķidra ūdens okeāns. Tagad debates koncentrējas uz to, cik bieza ir šī ledainā čaula. Okeāns varēja izkausēt caur plānu ledus čaumalu tikai dažu kilometru biezumā, pakļaujot ūdeni un visu, kas tajā peldēja, saules gaismai (un starojumam). Plāns ledus apvalks varētu izkausēt, pakļaujot okeānu virsmai un ļaujot gaismas sintētiskajiem organismiem viegli piekļūt saules gaismai. Būtu maz ticams, ka izkusīs biezs ledus čaula, kas būs desmitiem kilometru bieza.
Kāpēc ir svarīgs Europa ledainā apvalka biezums?
Biezums ir netiešs mēraukla tam, cik lielu plūdmaiņu silda Europa. Plūdmaiņu uzsildīšana ir svarīga, lai novērtētu, cik daudz šķidrā ūdens ir Eiropā un vai Europa jūras piekrastē ir vulkānisms, bet tam jābūt atvasinātam; to nevar izmērīt. Jaunais aprēķins par 19 kilometru biezumu atbilst dažiem paisuma un sildīšanas modeļiem, taču tas prasa daudz papildu pētījumu.
Biezums ir svarīgs, jo tas kontrolē, kā un kur bioloģiski svarīgais materiāls Eiropas okeānā var pārvietoties uz virsmu vai atpakaļ uz okeānu. Saules gaisma ledus čaumalā nevar iekļūt vairāk nekā dažus metrus, tāpēc fotosintētiskajiem organismiem ir nepieciešama ērta piekļuve Eiropas virsmai, lai izdzīvotu. Vairāk par šo tēmu vēlāk.
Biezums galu galā arī noteiks, kā mēs varam izpētīt Eiropas okeānu un meklēt pierādījumus par jebkādu dzīvību vai organisko ķīmiju vietnē Europa. Mēs nevaram urbt vai ņemt paraugus okeānam tieši caur tik biezu garoza, un mums ir jāizstrādā gudri veidi, kā meklēt okeāna materiālus, kas varētu būt bijuši pakļauti virsmai.
Kā mēs novērtējam Europa ledus apvalka biezumu?
Šis triecienu krāteru pētījums par lielajiem ledainajiem Galilejas satelītiem Europa balstās uz trieciena krātera topogrāfijas un morfoloģijas salīdzinājumu uz Eiropu ar tā māsas ledainajiem satelītiem Ganymede un Callisto. Dr Schenk ir izmērījis vairāk nekā 240 krāteru, no kuriem 65 ir Europa, izmantojot stereo un topogrāfisko analīzi attēliem, kas iegūti no NASA Voyager un Galileo kosmosa kuģiem. Galileo šobrīd riņķo ap Jupiteru un dodas uz tā galīgo ienirt Jupiterā 2003. gada beigās. Lai gan tiek uzskatīts, ka Ganimēdā un Kallisto ir šķidrā ūdens okeāni, arī tie tiek uzskatīti par diezgan dziļiem (aptuveni 100-200 kilometriem). Tas nozīmē, ka okeāni neietekmēs lielāko daļu krāteru, un tos var izmantot salīdzināšanai ar Europa, kur dziļums līdz okeānam ir nenoteikts, bet, iespējams, ir daudz seklāks.
Eiropas ledus apvalka biezuma aprēķins ir balstīts uz diviem galvenajiem novērojumiem. Pirmais ir tas, ka Europa lielāku krāteru formas ievērojami atšķiras no līdzīga lieluma krāteriem Ganimēdā un Kallisto. Dr Šenka mērījumi rāda, ka krāteri, kas ir lielāki par 8 kilometriem, būtiski atšķiras no tiem, kas atrodas Ganimēdā vai Kallisto. Tas ir saistīts ar ledus apvalka apakšējās daļas siltumu. Ledus izturība ir ļoti jutīga pret temperatūru, un siltais ledus ir mīksts un plūst diezgan ātri (domājiet par ledājiem).
Otrais novērojums ir tāds, ka krāteru morfoloģija un forma Eiropā krasi mainās, jo krātera diametri pārsniedz ~ 30 kilometrus. Krāteri, kas ir mazāki par 30 kilometriem, ir vairākus simtus metru dziļi, un tiem ir atpazīstami diski un centrālais pacēlums (tie ir triecienkratiņu standarta elementi). Pwyll, krāteris, kas šķērso 27 kilometrus, ir viens no lielākajiem krāteriem.
Turpretī Eiropas krāteriem, kas ir lielāki par 30 kilometriem, nav loka vai pacelšanās, un tiem ir nenozīmīga topogrāfiskā izteiksme. Tos drīzāk ieskauj koncentrisku siļu un kores komplekti. Šīs izmaiņas morfoloģijā un topogrāfijā norāda uz būtiskām izmaiņām ledus garozas īpašībās Eiropā. Loģiskākās izmaiņas notiek no cietas uz šķidru. Koncentriskie gredzeni lielajos Eiropas krāteros, iespējams, ir saistīti ar krātera grīdas vairumtirdzniecības sabrukumu. Tā kā sākotnēji dziļais krātera caurums sabrūk, ledus garozas pamatā esošais materiāls steidzas aizpildīt tukšumu. Šis iespieduma materiāls ievelk virsējo garoza, to sagrauj un veido novērotos koncentriskos gredzenus.
Kur rodas 19 līdz 25 kilometru vērtība?
Lielāki trieciena krāteri dziļāk iekļūst planētas garozā un ir jutīgi pret īpašībām šajos dziļumos. Eiropa nav izņēmums. Galvenais ir radikālas izmaiņas morfoloģijā un formā pie ~ 30 kilometru krātera diametra. Lai to izmantotu, mums jānovērtē, cik liels bija sākotnējais krāteris un cik seklam jābūt šķidruma slānim, pirms tas var ietekmēt trieciena krātera galīgo formu. To iegūst no skaitliskiem aprēķiniem un laboratorijas eksperimentiem trieciena mehānikā. Šis? Krātera sabrukšanas modelis? tad tiek izmantots, lai pārvērstu novēroto pārejas diametru slāņa biezumā. Tādējādi krāteri, kas ir 30 kilometru platumā, uztver vai atklāj slāņus 19-25 kilometru dziļumā.
Cik precīzi ir šie aprēķini par Europa ledus apvalka biezumu?
Izmantojot šīs metodes, precīzā biezumā ir zināma nenoteiktība. Tas galvenokārt ir saistīts ar neskaidrībām triecienizturīgās mehānikas detaļās, kuras ir ļoti grūti pavairot laboratorijā. Neskaidrības, iespējams, tomēr ir tikai no 10 līdz 20%, tāpēc mēs varam būt pilnīgi pārliecināti, ka Europa ledus apvalks nav dažu kilometru biezs.
Vai agrāk ledus apvalks varēja būt plānāks?
Krātera topogrāfijā ir pierādījumi, ka ledus biezums uz Ganimēdas laika gaitā ir mainījies, un tas pats varētu attiekties arī uz Eiropu. Aplēses par ledus čaumalas biezumu no 19 līdz 25 kilometriem attiecas uz apledojušo virsmu, kuru mēs tagad redzam vietnē Europa. Tiek lēsts, ka šī virsma būs aptuveni 30 līdz 50 miljoni gadu. Lielāko daļu virszemes materiālu, kas vecāki par šo, iznīcina tektonisms un virskārtas atjaunošana. Šī vecākā ledainā garoza varēja būt plānāka nekā mūsdienās garoza, bet mēs šobrīd to nevaram zināt.
Vai Europa ledus čaumalā varētu būt plānas vietas?
Dr Schenk pētītie trieciena krāteri bija izkaisīti pa Eiropas virsmu. Tas liek domāt, ka ledus apvalks visur ir biezs. Var būt vietējas teritorijas, kurās apvalks ir plāns lielākas siltuma plūsmas dēļ. Bet ledus apvalka pamatnē ir ļoti silts, un, kā mēs redzam ledājos šeit uz Zemes, silts ledus plūst diezgan ātri. Tā rezultātā ir kādi caurumi? Europa ledus čaumalu ātri piepildīs ar ledus plūsmu.
Vai biezs ledus apvalks nozīmē, ka Eiropā nav dzīvības?
Nē! Ņemot vērā to, cik maz mēs zinām par dzīves izcelsmi un apstākļiem Eiropā, dzīve joprojām ir ticama. Iespējamā ūdens klātbūtne zem ledus ir viena no galvenajām sastāvdaļām. Bieza ledus apvalka dēļ fotosintēze Eiropā ir ļoti maz ticama. Organismiem nebūtu ātra vai ērta piekļuve virsmai. Ja organismi Eiropā var izdzīvot bez saules stariem, tad apvalka biezumam ir tikai sekundāra nozīme. Galu galā, organismi diezgan labi veic Zemes okeānu dibenu bez saules gaismas, pārdzīvojot ķīmisko enerģiju. Tas varētu attiekties uz Europa, ja dzīvu organismu izcelsme šajā vidē ir pirmām kārtām.
Arī tad Eiropas ledus čaula tālajā pagātnē varēja būt daudz plānāka, vai varbūt kādreiz tā nebija, un okeāns tika kails pakļauts kosmosam. Ja tā būtu taisnība, tad atkarībā no ķīmijas un laika varētu attīstīties dažādi organismi. Ja okeāns sāktu sasalst, izdzīvojušie organismi pēc tam varētu attīstīties jebkurā vidē, kas ļāva viņiem izdzīvot, piemēram, vulkāni okeāna dibenā (ja vulkāni vispār veidojas).
Vai mēs varam izpētīt dzīvi Eiropā, ja ledus apvalks ir biezs?
Ja garoza patiešām ir tik bieza, tad urbt vai izkausēt ledu ar piesietiem robotiem būtu nepraktiski! Neskatoties uz to, mēs varam meklēt organisko okeānu ķīmiju vai dzīvi citās vietās. Izaicinājums mums būs izdomāt gudru stratēģiju, lai izpētītu Eiropu, kas nespētu piesārņot to, kas tur vēl ir, tomēr atrastu. Bieza ledus apvalka izredzes ierobežo iespējamo vietu skaitu, kur mēs varētu atrast atklātus okeāna materiālus. Visticamāk, okeāna materiāls būs jāiekļaujas mazos burbuļos vai kabatās vai kā ledus slāņi, ko virsma ir nogādājusi ar citiem ģeoloģiskiem līdzekļiem. To varētu paveikt trīs ģeoloģiski procesi:
1. Trieciena krāteri izraida garozas materiālu no dziļuma un izstumj to uz virsmas, kur mēs to varētu paņemt (pirms 50 gadiem mēs varētu uzņemt dzelzs meteorīta fragmentus Meteorīta krātera sānos Arizonā, bet lielākā daļa ir atrasta līdz šim. ). Diemžēl lielākais zināmais krāteris Eiropā Tyre ieguva materiālu tikai no 3 kilometru dziļuma, kas nav pietiekami dziļš, lai nokļūtu okeāna tuvumā (ģeometrijas un mehānikas dēļ krāteri izrok no krātera augšējās daļas, nevis no apakšējās). Ja garozā seklā dziļumā būtu sasalusi kabata vai okeāna materiāla slānis, no tā varētu paņemt trieciena krāteris. Patiešām, Riepu grīdai ir krāsa, kas ir nedaudz oranžāka nekā sākotnējā garoza. Tomēr aptuveni pusi no Europa labi redzēja Galileo, tāpēc sliktāk redzamajā pusē varētu būt lielāks krāteris. Mums būs jāiet atpakaļ, lai uzzinātu.
2. Ir pārliecinoši pierādījumi, ka Europa ledainais apvalks ir nedaudz nestabils un ir (vai ir) veidojies. Tas nozīmē, ka dziļas garozas materiāla burbuļi paceļas augšpusē pret virsmu, kur tie dažreiz tiek pakļauti vairāku kilometru platumā kā kupoli (padomājiet par Lavas lampu, izņemot to, ka lāse ir mīksts ciets materiāls, piemēram, Silly Putty). Jebkurš okeāna materiāls, kas iemērcis apakšējā garozā, pēc tam var tikt pakļauts virsmai. Šis process varētu aizņemt tūkstošiem gadu, un Jupitera letālā starojuma iedarbība būtu maigi izsakoties nedraudzīga! Bet vismaz mēs varētu izpētīt un izlasīt to, kas paliek aiz muguras.
3. Plašu Europa virsmas laukumu atjaunošana, kur ledus apvalks ir burtiski saplēsts un sadalījies. Šīs vietas nav tukšas, bet no apakšas ir aizpildītas ar jaunu materiālu. Liekas, ka šīs teritorijas nav applūdinājis okeāna materiāls, bet drīzāk no garoza dibena mīksts silts ledus. Neskatoties uz to, ir ļoti iespējams, ka šajā jaunajā garozas materiālā var atrast okeāna materiālus.
Mums joprojām ir ļoti ierobežota izpratne par Europa virsmu un vēsturi. Varētu notikt nezināmi procesi, kas ienes okeāna materiālus virspusē, bet to pateiks tikai atgriešanās Eiropā.
Kas būs Eiropa?
Tā kā nesen tika atcelts ierosinātais Europa Orbiter izmaksu pārsniegšanas dēļ, šis ir labs laiks, lai vēlreiz izpētītu mūsu stratēģiju Eiropas okeāna izpētei. Piesietas zemūdenes un dziļas urbšanas zondes ir tik nepraktiskas tik dziļā garozā, bet virszemes nolaišanās tomēr varētu būt ļoti svarīga. Pirms mēs nosūtām krastmalu uz zemes, mums Jupitera vai Europa orbītā būtu jānosūta izlūkošanas misija, lai meklētu okeāna materiāla ekspozīcijas un plānas vietas garozā un meklētu labākās izkraušanas vietas. Šāda misija izmantotu ievērojami uzlabotās infrasarkano staru kartēšanas iespējas minerālu identificēšanai (galu galā Galileo instrumenti ir gandrīz 25 gadus veci). Topogrāfiskajā kartēšanā tiks izmantoti stereo un lāzera instrumenti. Kopā ar gravitācijas pētījumiem šos datus varēja izmantot, lai meklētu samērā plānos ledus garozas reģionus. Visbeidzot, Galileo novēroja mazāk nekā pusi no Europa ar kartēm pietiekamām izšķirtspējām, ieskaitot trieciena krāterus. Piemēram, šīs vāji redzamās puslodes krāteri varētu norādīt, vai agrāk Europa ledus apvalks bija plānāks.
Vai Europa ir zemnieks?
Zeme, kurā atrodas seismometrs, varēja noklausīties europa zemestrīces, ko izraisīja Jupitera un Io ikdienas plūdmaiņas spēki. Seismiskos viļņus var izmantot, lai precīzi kartētu dziļumu ledus čaulas apakšā un, iespējams, arī okeāna apakšā. Borta ķīmiskie analizatori pēc tam meklētu organiskās molekulas vai citus bioloģiskos marķierus un, iespējams, noteiktu okeāna ķīmiju, kas ir viens no galvenajiem rādītājiem, kas raksturo Europa kā apdzīvotu? planēta. Šim zemētājam, iespējams, vajadzēs urbt vairākus metrus, lai nokļūtu starojuma bojājumu zonā pie virsmas. Tikai pēc šo misiju sākšanas mēs varam sākt šī vilinošā planētas izmēra mēness patieso izpēti. Pārfrāzējot Monty Python, tas vēl nav miris!
Sākotnējais avots: USRA ziņu izlaidums
