Europa jest głównym kandydatem do życia w naszym Układzie Słonecznym, a jej głęboki słonowodny ocean od dziesięcioleci urzeka naukowców. Ale jest otoczony lodową skorupą, która może mieć od mil do kilkudziesięciu mil grubości, co sprawia, że próbkowanie jej jest zniechęcającą perspektywą. Obecnie coraz więcej dowodów wskazuje, że skorupa lodowa może być mniej barierą, a bardziej dynamicznym systemem – i samodzielnym miejscem potencjalnego zamieszkania.
Obserwacje radarowe penetrujące lód, które uchwyciły formowanie się „podwójnego grzbietu” na Grenlandii, sugerują, że lodowa powłoka Europy może mieć mnóstwo kieszeni wodnych pod podobnymi cechami, które są powszechne na powierzchni. Odkrycia, które pojawiły się w Nature Communications 19 kwietnia, mogą być przekonujące do wykrycia potencjalnie nadających się do zamieszkania środowisk na zewnątrz księżyca Jowisza.
„Ponieważ znajduje się bliżej powierzchni, gdzie znajdują się interesujące substancje chemiczne z kosmosu, innych księżyców i wulkanów Io, istnieje możliwość, że życie ma szansę, jeśli w muszli znajdują się kieszenie wodne” – powiedział starszy autor badań Dustin Schroeder. profesor nadzwyczajny geofizyki w Szkole Nauk o Ziemi, Energii i Środowisku Uniwersytetu Stanforda (Stanford Earth). „Jeśli mechanizm, który widzimy na Grenlandii, polega na tym, jak te rzeczy dzieją się na Europie, sugeruje to, że wszędzie jest woda”.
Naziemny analog
Na Ziemi naukowcy analizują regiony polarne za pomocą powietrznych instrumentów geofizycznych, aby zrozumieć, w jaki sposób wzrost i cofanie się pokrywy lodowej może wpływać na wzrost poziomu morza. Duża część tego obszaru badań znajduje się na lądzie, gdzie przepływ lądolodów podlega złożonej hydrologii – takiej jak dynamiczne jeziora subglacjalne, powierzchniowe stawy roztopowe i sezonowe kanały odwadniające – co przyczynia się do niepewności prognoz dotyczących poziomu morza.
Ponieważ podpowierzchnia lądu różni się tak bardzo od podpowierzchniowego oceanu ciekłej wody Europy, współautorzy badania byli zaskoczeni, gdy podczas prezentacji grupy laboratoryjnej na temat Europy zauważyli, że formacje przecinające lodowy księżyc wyglądały niezwykle podobnie do drobnej cechy na powierzchni lądolodu Grenlandii – lądolodu, który grupa szczegółowo zbadała.
„Pracowaliśmy nad czymś zupełnie innym związanym ze zmianą klimatu i jej wpływem na powierzchnię Grenlandii, kiedy zobaczyliśmy te małe podwójne grzbiety – i mogliśmy zobaczyć, jak grzbiety przechodzą od „nieuformowanego” do „uformowanego”?” powiedział Schroeder.
Po dalszych badaniach odkryli, że grzebień w kształcie litery „M” na Grenlandii, znany jako podwójny grzbiet, może być miniaturową wersją najważniejszego elementu na Europie.
Wybitne i powszechne
Podwójne grzbiety na Europie wyglądają jak dramatyczne rozcięcia na lodowatej powierzchni księżyca, z grzbietami sięgającymi prawie 1000 stóp, oddzielonymi dolinami o szerokości około pół mili. Naukowcy wiedzieli o tych cechach od czasu sfotografowania powierzchni księżyca przez sondę Galileo w latach 90., ale nie byli w stanie wymyślić ostatecznego wyjaśnienia, w jaki sposób powstały.
Dzięki analizom danych dotyczących wysokości powierzchni i radaru penetrującego lód zebranych w latach 2015-2017 przez NASA Operation IceBridge, naukowcy ujawnili, w jaki sposób powstał podwójny grzbiet na północno-zachodniej Grenlandii, gdy lód pękł wokół kieszeni ciekłej wody pod ciśnieniem, która ponownie zamarzała wewnątrz pokrywa lodowa, powodująca, że dwa szczyty wznoszą się w odrębny kształt.
„Na Grenlandii ten podwójny grzbiet uformował się w miejscu, w którym woda z powierzchniowych jezior i strumieni często spływa do bliskiej powierzchni i ponownie zamarza” – powiedział główny autor badania Riley Culberg, doktorant elektrotechniki na Stanford. „Jednym ze sposobów, w jaki podobne płytkie kieszenie wodne mogą tworzyć się na Europie, może być wtłaczanie wody z podpowierzchniowego oceanu do skorupy lodowej przez pęknięcia – i to sugerowałoby, że wewnątrz skorupy lodowej może zachodzić rozsądna wymiana. “
Śnieżna złożoność
Zamiast zachowywać się jak blok obojętnego lodu, skorupa Europy wydaje się podlegać różnym procesom geologicznym i hydrologicznym – pomysł poparty tym i innymi badaniami, w tym dowodami na wyrzucanie pióropuszy na powierzchnię. Dynamiczna powłoka lodowa sprzyja zamieszkiwaniu, ponieważ ułatwia wymianę między oceanem podpowierzchniowym a składnikami odżywczymi z sąsiednich ciał niebieskich zgromadzonymi na powierzchni.
„Ludzie badają te podwójne grzbiety od ponad 20 lat, ale po raz pierwszy byliśmy w stanie zobaczyć coś podobnego na Ziemi i zobaczyć, jak przyroda pracuje nad swoją magią” – powiedział współautor badania Gregor Steinbrügge, planetolog. w Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, który rozpoczął pracę nad projektem jako badacz podoktorancki na Stanford. „Robimy znacznie większy krok w kierunku zrozumienia, jakie procesy faktycznie dominują w fizyce i dynamice skorupy lodowej Europy”.
Współautorzy stwierdzili, że ich wyjaśnienie tego, jak forma podwójnych grzbietów jest tak skomplikowana, że nie mogliby sobie tego wyobrazić bez analogu na Ziemi.
„Mechanizm, który przedstawiliśmy w tym artykule, byłby prawie zbyt odważny i skomplikowany, aby go zaproponować bez zobaczenia go na Grenlandii” – powiedział Schroeder.
Odkrycia wyposażają naukowców w sygnaturę radarową do szybkiego wykrywania tego procesu tworzenia podwójnego grzbietu za pomocą radaru penetrującego lód, który jest jednym z instrumentów obecnie planowanych do eksploracji Europy z kosmosu.
„Jesteśmy kolejną hipotezą na szczycie wielu – mamy po prostu tę zaletę, że nasza hipoteza zawiera pewne obserwacje z formowania się podobnej cechy na Ziemi, aby ją poprzeć” – powiedział Culberg. „To otwiera wszystkie te nowe możliwości dla bardzo ekscytującego odkrycia”.
Schroeder jest również afiliantem wydziałowym w Institute for Human-Centered Artificial Intelligence (HAI), dzięki uprzejmości profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i dzięki uprzejmości stypendysta w Instytucie Środowiska Stanforda Woodsa.
Badania te były wspierane przez National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship oraz częściowo przez NASA Grant NNX16AJ95G i NSF Grant 1745137.
Wideo: https://youtu.be/8YOmER50epo