Изображение предоставлено NASA
Появляется все больше свидетельств того, что Европа, одна из спутников Юпитера, имеет океан воды, покрытый слоем льда. Ученые теперь размышляют о том, насколько толстым этот лед, измерив размер и глубину 65 ударных кратеров на поверхности Луны - по их словам, это 19 км. Толщина ледяного покрова Европы будет влиять на возможность найти там жизнь: слишком густой и солнечный свет будет затруднять попадание фотосинтезирующих организмов.
Подробное картирование и измерения ударных кратеров на больших ледяных спутниках Юпитера, опубликованные в выпуске журнала «Природа» от 23 мая 2002 года, показывают, что толщина плавающего ледяного панциря Европы может составлять не менее 19 километров. Эти измерения, проведенные штатным ученым и геологом доктором Полом Шенком в Лунном и планетарном институте Хьюстона, показывают, что ученым и инженерам придется разрабатывать новые и умные способы поиска жизни в замороженном мире с теплым интерьером.
Великие европейские дебаты по пицце: «Тонкая корочка или толстая корочка?»
Геологические и геофизические данные Галилея подтверждают идею о том, что под ледяной поверхностью Европы существует жидкий водный океан. В настоящее время дебаты сосредоточены на том, насколько толстой является эта ледяная оболочка. Океан может растаять через тонкий ледяной панцирь толщиной всего в несколько километров, обнажая воду и все, что плавает в нем под воздействием солнечного света (и радиации). Тонкая ледяная оболочка может растаять, подвергая океан воздействию поверхности и предоставляя легкий доступ фотосинтезирующих организмов к солнечному свету. Толстый ледяной панцирь толщиной в десятки километров вряд ли будет таять.
Почему толщина ледяной оболочки Европы важна?
Толщина - это косвенная мера того, сколько приливного отопления получает Европа. Приливное нагревание важно для оценки того, сколько жидкой воды находится на Европе и есть ли вулканизм на морском дне Европы, но это необходимо определить; это не может быть измерено. Новая оценка толщины 19 километров согласуется с некоторыми моделями приливного нагрева, но требует большого дополнительного изучения.
Толщина важна, потому что она определяет, как и где биологически важный материал в океане Европы может перемещаться на поверхность или обратно в океан. Солнечный свет не может проникать более чем на несколько метров в ледяную оболочку, поэтому фотосинтезирующим организмам необходим легкий доступ к поверхности Европы, чтобы выжить. Подробнее об этом позже.
Толщина также в конечном счете определит, как мы можем исследовать океан Европы и искать доказательства любой жизни или органической химии на Европе. Мы не можем бурить или пробовать океан непосредственно через такую густую кору и должны разработать умные способы поиска океанического материала, который мог быть выставлен на поверхности.
Как мы оцениваем толщину ледяного панциря Европы?
Это исследование ударных кратеров на крупных ледяных галилеевых спутниках Европы основано на сравнении топографии и морфологии ударных кратеров на Европе с таковыми на его родственных ледяных спутниках Ганимед и Каллисто. Более 240 кратеров, 65 из них на Европе, были измерены доктором Шенком с использованием стерео- и топографического анализа изображений, полученных с космических аппаратов НАСА Voyager и Galileo. В настоящее время Галилео движется по орбите вокруг Юпитера и направляется к своему окончательному погружению в Юпитер в конце 2003 года. Хотя, как полагают, и Ганимед, и Каллисто имеют жидкие океаны внутри, они также предполагаются довольно глубокими (примерно 100-200 километров). Это означает, что океаны не затронут большинство кратеров и могут быть использованы для сравнения с Европой, где глубина до океана неясна, но, вероятно, будет намного меньше.
Оценка толщины ледяной оболочки Европы основана на двух ключевых наблюдениях. Во-первых, форма более крупных кратеров Европы значительно отличается от кратеров аналогичного размера на Ганимеде и Каллисто. Измерения доктора Шенка показывают, что кратеры размером более 8 километров в корне отличаются от кратеров на Ганимеде или Каллисто. Это связано с теплом нижней части ледяной оболочки. Сила льда очень чувствительна к температуре, а теплый лед мягкий и течет довольно быстро (вспомним ледники).
Второе наблюдение заключается в том, что морфология и форма кратеров на Европе резко меняются, когда диаметр кратеров превышает ~ 30 километров. Кратеры менее 30 километров имеют глубину в несколько сотен метров и имеют узнаваемые края и центральные поднятия (это стандартные характеристики ударных кратеров). Пвилл, кратер 27 километров в поперечнике, является одним из самых больших из этих кратеров.
Кратеры на Европе длиной более 30 километров, с другой стороны, не имеют ободов или поднятия и имеют незначительное топографическое выражение. Скорее они окружены наборами концентрических впадин и гребней. Эти изменения в морфологии и топографии указывают на фундаментальное изменение свойств ледяной коры Европы. Наиболее логичное изменение - от твердого к жидкому. Концентрические кольца в крупных европейских кратерах, вероятно, связаны с полным обрушением дна кратера. Когда изначально глубокая дыра в кратере разрушается, материал, лежащий под ледяной коркой, устремляется внутрь, чтобы заполнить пустоту. Этот подающий материал затягивает верхнюю корку, разрушая ее и образуя наблюдаемые концентрические кольца.
Откуда берется значение от 19 до 25 километров?
Более крупные ударные кратеры проникают глубже в корку планеты и чувствительны к свойствам на этих глубинах. Европа не исключение. Ключом является радикальное изменение морфологии и формы при диаметре кратера ~ 30 километров. Чтобы использовать это, мы должны оценить, насколько большим был первоначальный кратер и насколько мелким должен быть слой жидкости, прежде чем он сможет повлиять на окончательную форму ударного кратера. Это получено из численных расчетов и лабораторных экспериментов в механику удара. Это «модель обрушения кратера»? затем используется для преобразования наблюдаемого диаметра перехода в толщину слоя. Таким образом, кратеры шириной 30 километров обнаруживают или обнаруживают слои глубиной 19-25 километров.
Насколько достоверны эти оценки толщины ледяного панциря Европы?
Существует некоторая неопределенность в точной толщине с использованием этих методов. Это связано, главным образом, с неопределенностью деталей механики ударных кратеров, которые очень трудно воспроизвести в лаборатории. Неопределенность, вероятно, составляет всего лишь от 10 до 20%, поэтому мы можем быть достаточно уверены, что ледяной панцирь Европы имеет толщину не несколько километров.
Мог ли ледяной панцирь быть более тонким в прошлом?
В топографии кратера есть доказательства того, что толщина льда на Ганимеде со временем изменилась, и то же самое можно сказать и о Европе. Оценка толщины ледяного панциря от 19 до 25 километров относится к ледяной поверхности, которую мы сейчас видим на Европе. Эта поверхность была оценена от 30 до 50 миллионов лет или около того. Большинство поверхностных материалов старше этого были разрушены тектонизмом и шлифовкой. Эта более старая ледяная корка могла бы быть тоньше, чем сегодняшняя, но в настоящее время мы не можем этого знать.
Может ли у ледяной раковины на Европе появиться тонкие пятна?
Ударные кратеры, которые изучал доктор Шенк, были разбросаны по всей поверхности Европы. Это говорит о том, что ледяная оболочка везде густая. Могут быть локальные области, где оболочка тонкая из-за более высокого теплового потока. Но лед у основания раковины очень теплый, и, как мы видим в ледниках здесь на Земле, теплый лед течет довольно быстро. В результате возникли «дыры» в Европе ледяной панцирь будет быстро заполняться струящимся льдом.
Толстый ледяной панцирь означает, что на Европе нет жизни?
Нет! Учитывая, как мало мы знаем о происхождении жизни и условиях внутри Европы, жизнь все еще правдоподобна. Вероятное присутствие воды подо льдом является одним из ключевых ингредиентов. Толстая ледяная раковина делает фотосинтез крайне маловероятным на Европе. У организмов не было бы быстрого или легкого доступа к поверхности. Если организмы внутри Европы могут выжить без солнечного света, то толщина оболочки имеет второстепенное значение. В конце концов, организмы довольно хорошо действуют на дне океанов Земли довольно хорошо без солнечного света, выживая за счет химической энергии. Это может быть верно для Европы, если возможно, что живые организмы возникли в этой среде в первую очередь.
Кроме того, ледяной панцирь Европы мог быть намного тоньше в далеком прошлом, или, возможно, он не существовал в какой-то момент, и океан оказался обнаженным в космосе. Если бы это было правдой, то различные организмы могли бы развиваться, в зависимости от химии и времени. Если океан начнет замерзать, выжившие организмы могут затем эволюционировать в любую среду, в которой они могли выжить, например, вулканы на дне океана (если вулканы вообще образуются).
Можем ли мы исследовать жизнь на Европе, если ледяной панцирь будет толстым?
Если кора действительно такая густая, то бурение или таяние льда через привязанных роботов было бы нецелесообразным! Тем не менее, мы можем искать органическую химию океана или жизнь в других местах. Перед нами стоит задача разработать умную стратегию для изучения Европы, которая не загрязнит то, что еще есть, и тем не менее найдет ее. Перспектива толстой ледяной оболочки ограничивает число вероятных мест, где мы могли бы найти незащищенный океанический материал. Скорее всего, океанический материал должен быть внедрен в виде маленьких пузырьков или карманов или в виде слоев внутри льда, который был выведен на поверхность другими геологическими средствами. Три геологических процесса могут сделать это:
1. Ударные кратеры выкапывают материал земной коры с глубины и выбрасывают его на поверхность, где мы могли бы его забрать (50 лет назад мы могли собирать фрагменты железных метеоритов на флангах Метеоритного кратера в Аризоне, но большинство из них уже найдено ). К сожалению, самый большой известный кратер на Европе, Тир, раскопал материал только с 3-х километров глубиной, недостаточно глубокой, чтобы приблизиться к океану (из-за геометрии и механики, кратеры выкапывают из верхней части кратера, а не из нижней). Если карман или слой океанического материала вморожен в кору на небольшой глубине, он может быть отобран ударным кратером. Действительно, пол Тира имеет цвет, который немного больше оранжевого, чем исходная корка. Тем не менее, примерно половина Европы была хорошо видна Галилею, так что на плохо видимой стороне мог бы быть более крупный кратер. Нам придется вернуться, чтобы узнать.
2. Существуют убедительные доказательства того, что ледяная оболочка Европы несколько нестабильна и была (или является) конвективной. Это означает, что капли из материала глубокой коры поднимаются вверх к поверхности, где они иногда выставляются в виде куполов шириной в несколько километров (вспомните Лавовую лампу, за исключением того, что капли являются мягким твердым материалом, таким как Silly Putty). Любой океанический материал, погруженный в нижнюю кору, может затем подвергаться воздействию поверхности. Этот процесс может занять тысячи лет, и воздействие смертельной радиации Юпитера было бы, по меньшей мере, недружественным! Но, по крайней мере, мы могли бы исследовать и отобрать то, что осталось позади.
3. Повторная шлифовка широких участков поверхности Европы, где ледяная оболочка буквально разрывается и раскалывается. Эти области не пусты, но были заполнены новым материалом снизу. Эти области, по-видимому, не были затоплены океаническим материалом, а скорее мягким теплым льдом со дна коры. Несмотря на это, вполне возможно, что океанический материал может быть найден в этом новом материале земной коры.
Наше понимание поверхности и истории Европы все еще очень ограничено. Могут произойти неизвестные процессы, которые выводят океанский материал на поверхность, но только возвращение в Европу скажет.
Что дальше для Европы?
В связи с недавней отменой предлагаемого орбитального корабля Europa из-за перерасхода средств, сейчас самое время пересмотреть нашу стратегию изучения океана Европы. Привязные подводные лодки и зонды глубокого бурения довольно непрактичны в такой глубокой коре, но, тем не менее, поверхностные корабли могут быть очень важны. Прежде чем отправлять посадочный аппарат на поверхность, нам следует направить разведывательную миссию на орбиту Юпитера или Европы для поиска обнажений океанического материала и тонких пятен в коре, а также для поиска лучших мест посадки. Такая миссия использовала бы значительно улучшенные возможности инфракрасного картирования для идентификации минералов (в конце концов, приборам Galileo уже почти 25 лет). Стерео и лазерные инструменты будут использоваться для топографической картографии. Вместе с гравитационными исследованиями эти данные могут быть использованы для поиска относительно тонких областей ледяной коры. Наконец, Галилей наблюдал менее половины Европы в разрешениях, достаточных для картирования, включая ударные кратеры. Например, кратеры в этом плохо видимом полушарии могут указывать, был ли ледяной панцирь Европы в прошлом более тонким.
Ландер для Европы?
Спускаемый аппарат с сейсмометром мог прислушиваться к европейским землетрясениям, создаваемым ежедневными приливными силами Юпитера и Ио. Сейсмические волны могут использоваться для точного отображения глубины на дно ледяной оболочки и, возможно, на дно океана. Затем бортовые химические анализаторы будут искать органические молекулы или другие биологические индикаторы и потенциально определять химию океана, один из фундаментальных показателей перспектив Европы как «обитаемого». планета. Такой посадочный аппарат, вероятно, должен был бы просверлить несколько метров, чтобы пройти зону радиационного повреждения на поверхности. Только после того, как эти миссии начнутся, мы сможем начать истинное исследование этой дразнящей луны размером с планету. Перефразируя Монти Пайтона, «он еще не умер!»
Источник: пресс-релиз USRA
