Czasami fizyka planet przypomina walkę na śnieżki. Większość ludzi, jeśli dostanie do ręki już uformowaną śnieżkę, może wykorzystać swoje doświadczenie i dotyk kuli, aby odgadnąć, z jakiego rodzaju śniegu się składa: łatwy do zbicia i puszysty, czy mokry i lodowaty.
Stosując niemal te same zasady, planetolodzy byli w stanie zbadać strukturę Europy, lodowego księżyca Jowisza.
Europa to skalisty księżyc, na którym znajdują się oceany słonowodne dwukrotnie większe od ziemskich, otoczone lodową skorupą. Naukowcy od dawna uważali, że Europa może być jednym z najlepszych miejsc w naszym Układzie Słonecznym do poszukiwania życia pozaziemskiego. Prawdopodobieństwo i charakter tego życia w dużym stopniu zależą jednak od grubości lodowej powłoki, czego astronomom nie udało się jeszcze ustalić.
Zespół ekspertów w dziedzinie nauk planetarnych, w tym Brandon Johnson, profesor nadzwyczajny i Shigeru Wakita, naukowiec z Wydziału Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetach College of Science Uniwersytetu Purdue, ogłosił w nowym artykule opublikowanym w Science Advances [ES1] że pokrywa lodowa Europy ma grubość co najmniej 20 kilometrów.
Aby dojść do takiego wniosku, naukowcy zbadali duże kratery na Europie, korzystając z różnych modeli, aby określić, jaka kombinacja cech fizycznych mogła stworzyć taką strukturę powierzchni.
„To pierwsza praca wykonana nad tym dużym kraterem na Europie” – powiedział Wakita. „Poprzednie szacunki wskazywały, że nad grubym oceanem znajduje się bardzo cienka warstwa lodu. Jednak nasze badania wykazały, że musi istnieć gruba warstwa – tak gruba, że prawdopodobna jest konwekcja w lodzie, co było wcześniej przedmiotem dyskusji”.
Wykorzystując dane i obrazy ze statku kosmicznego Galileo, który badał Europę w 1998 r., Johnson przeanalizował kratery uderzeniowe, aby rozszyfrować prawdę o strukturze Europy. Jako ekspert w dziedzinie fizyki planet i kolosalnych zderzeń Johnson badał prawie każde większe ciało planetarne w Układzie Słonecznym. Naukowcy od dawna debatują nad grubością lodowej skorupy Europy; nikt nie odwiedził tego miejsca, aby dokonać bezpośredniego pomiaru, dlatego naukowcy w kreatywny sposób wykorzystują dostępne dowody: kratery na lodowej powierzchni Europy.
„Kratery uderzeniowe to najbardziej wszechobecny proces powierzchniowy kształtujący ciała planetarne” – powiedział Johnson. „Kratery znajdują się na prawie każdym ciele stałym, jakie kiedykolwiek widzieliśmy. Są głównym czynnikiem napędzającym zmiany w ciałach planetarnych. Kiedy tworzy się krater uderzeniowy, zasadniczo bada on podpowierzchniową strukturę ciała planetarnego. Dzięki zrozumieniu rozmiarów i kształtów kraterów na Europie i odtwarzając ich powstawanie za pomocą symulacji numerycznych, jesteśmy w stanie wywnioskować informacje na temat grubości jej lodowej skorupy.”
Europa to zamarznięty świat, ale lód kryje skaliste jądro. Lodowata powierzchnia nie jest jednak stagnacyjna. Tektonika płyt i prądy konwekcyjne w oceanach oraz sam lód dość często odświeżają powierzchnię. Oznacza to, że sama powierzchnia ma zaledwie 50 do 100 milionów lat – co wydaje się stare dla organizmów krótkotrwałych, takich jak ludzie, ale jest młode, jeśli chodzi o okresy geologiczne.
Ta gładka, młoda powierzchnia oznacza, że kratery są wyraźnie widoczne, łatwiejsze do analizy i niezbyt głębokie. Ich uderzenia mówią naukowcom więcej o lodowej skorupie Księżyca i oceanie wodnym poniżej, zamiast przekazywać wiele informacji o jego skalistym sercu.
„Zrozumienie grubości lodu jest niezbędne do tworzenia teorii na temat możliwego życia na Europie” – powiedział Johnson. „Grubość skorupy lodowej decyduje o tym, jakie procesy w niej zachodzą, a to jest naprawdę ważne dla zrozumienia wymiany materiału między powierzchnią a oceanem. To pomoże nam zrozumieć, jak wszelkiego rodzaju procesy zachodzą na Europie – i pomóż nam zrozumieć możliwość istnienia życia.”