Credito d'immagine: NASA
Le prove dimostrano che Europa, una delle lune di Giove, ha un oceano d'acqua coperto da una lastra di ghiaccio. Gli scienziati stanno ora ipotizzando quanto sia spesso quel ghiaccio misurando le dimensioni e la profondità di 65 crateri da impatto sulla superficie della luna - da quello che possono dire, sono 19 km. Lo spessore del ghiaccio di Europa avrà un impatto sulla possibilità di trovare la vita lì: troppo denso e la luce del sole avrà difficoltà a raggiungere gli organismi fotosintetici.
La mappatura dettagliata e le misurazioni dei crateri da impatto sui grandi satelliti ghiacciati di Giove, riportate nel numero della rivista Nature del 23 maggio 2002, rivelano che il guscio di ghiaccio galleggiante di Europa potrebbe avere uno spessore di almeno 19 chilometri. Queste misurazioni, fatte dallo scienziato e geologo dello staff Dr. Paul Schenk, presso il Lunar and Planetary Institute di Houston, indicano che scienziati e ingegneri dovranno sviluppare nuovi e intelligenti strumenti per cercare la vita nel mondo ghiacciato con un interno caldo.
Il grande dibattito sulla pizza europea: "Crosta sottile o crosta spessa?"
Le prove geologiche e geofisiche di Galileo supportano l'idea che esiste un oceano di acqua liquida sotto la superficie ghiacciata di Europa. Il dibattito ora si concentra su quanto è spesso questo guscio ghiacciato. Un oceano potrebbe sciogliersi attraverso un sottile guscio di ghiaccio spesso solo pochi chilometri esponendo l'acqua e tutto ciò che vi nuota alla luce del sole (e alle radiazioni). Un sottile guscio di ghiaccio potrebbe sciogliersi, esponendo l'oceano alla superficie e garantendo un facile accesso degli organismi fotosintetici alla luce solare. Sarebbe molto improbabile che un grosso guscio di ghiaccio spesso decine di chilometri si sciogliesse.
Perché lo spessore del guscio ghiacciato di Europa è importante?
Lo spessore è una misura indiretta di quanto riscontra il riscaldamento delle maree Europa. Il riscaldamento delle maree è importante per stimare la quantità di acqua liquida presente in Europa e se vi è vulcanismo sul fondo marino dell'Europa, ma deve essere derivato; non può essere misurato. La nuova stima di uno spessore di 19 chilometri è coerente con alcuni modelli per il riscaldamento delle maree, ma richiede ulteriori studi.
Lo spessore è importante perché controlla come e dove il materiale biologicamente importante nell'oceano di Europa può spostarsi in superficie o tornare all'oceano. La luce solare non può penetrare per più di pochi metri nel guscio ghiacciato, quindi gli organismi fotosintetici richiedono un facile accesso alla superficie di Europa per sopravvivere. Maggiori informazioni su questo argomento in seguito.
Lo spessore determinerà infine anche come possiamo esplorare l'oceano di Europa e cercare prove di qualsiasi vita o chimica organica su Europa. Non possiamo perforare o campionare l'oceano direttamente attraverso una crosta così spessa e dobbiamo sviluppare modi intelligenti per cercare materiale oceanico che potrebbe essere stato esposto sulla superficie.
Come stimiamo lo spessore del guscio di ghiaccio di Europa?
Questo studio sui crateri da impatto sui grandi gelidi satelliti galilei di Europa si basa su un confronto tra la topografia e la morfologia del cratere da impatto su Europa con quelli sui suoi satelliti ghiacciati gemelli Ganymede e Callisto. Oltre 240 crateri, 65 dei quali su Europa, sono stati misurati dal Dr. Schenk usando l'analisi stereo e topografica delle immagini acquisite dal veicolo spaziale Voyager e Galileo della NASA. Galileo sta attualmente orbitando attorno a Giove e si sta dirigendo verso il suo ultimo tuffo in Giove alla fine del 2003. Sebbene si ritiene che sia Ganymede che Callisto abbiano oceani di acqua liquida all'interno, si ritiene che siano anche piuttosto profondi (circa 100-200 chilometri). Ciò significa che la maggior parte dei crateri non sarà influenzata dagli oceani e può essere utilizzata per il confronto con Europa, dove la profondità dell'oceano è incerta ma probabilmente molto più superficiale.
La stima dello spessore del guscio di ghiaccio di Europa si basa su due osservazioni chiave. Il primo è che le forme dei crateri più grandi di Europa differiscono in modo significativo da crateri di dimensioni simili su Ganimede e Callisto. Le misurazioni del Dr. Schenk mostrano che i crateri di larghezza superiore a 8 chilometri sono sostanzialmente diversi da quelli di Ganimede o Callisto. Ciò è dovuto al calore della parte inferiore del guscio di ghiaccio. La forza del ghiaccio è molto sensibile alla temperatura e il ghiaccio caldo è morbido e scorre piuttosto rapidamente (pensa ai ghiacciai).
La seconda osservazione è che la morfologia e la forma dei crateri su Europa cambiano drasticamente quando i diametri dei crateri superano i ~ 30 chilometri. I crateri più piccoli di 30 chilometri sono profondi diverse centinaia di metri e hanno cerchi riconoscibili e rialzi centrali (queste sono le caratteristiche standard dei crateri da impatto). Pwyll, un cratere largo 27 chilometri, è uno dei più grandi di questi crateri.
I crateri su Europa più grandi di 30 chilometri, d'altra parte, non hanno cerchioni o elevazioni e hanno un'espressione topografica trascurabile. Piuttosto sono circondati da gruppi di canali concentrici e creste. Questi cambiamenti nella morfologia e nella topografia indicano un cambiamento fondamentale nelle proprietà della crosta ghiacciata di Europa. Il cambiamento più logico va dal solido al liquido. Gli anelli concentrici nei grandi crateri europei sono probabilmente dovuti al crollo all'ingrosso del fondo del cratere. Mentre il buco del cratere originariamente profondo collassa, il materiale sottostante la crosta ghiacciata si precipita dentro per riempire il vuoto. Questo materiale di punta trascina sulla crosta sovrastante, fratturandola e formando gli anelli concentrici osservati.
Da dove viene il valore di 19-25 chilometri?
I crateri a impatto maggiore penetrano più profondamente nella crosta di un pianeta e sono sensibili alle proprietà a quelle profondità. Europa non fa eccezione. La chiave è il cambiamento radicale nella morfologia e nella forma a circa 30 chilometri di diametro del cratere. Per usarlo, dobbiamo stimare quanto era grande il cratere originale e quanto poco profondo deve essere uno strato liquido prima che possa influenzare la forma finale del cratere da impatto. Questo deriva da calcoli numerici ed esperimenti di laboratorio sulla meccanica dell'impatto. Questo modello di crollo del cratere? viene quindi utilizzato per convertire il diametro di transizione osservato in uno spessore per lo strato. Quindi, i crateri larghi 30 chilometri rilevano o rilevano strati profondi 19-25 chilometri.
Quanto sono certe queste stime dello spessore del guscio di ghiaccio di Europa?
C'è qualche incertezza nello spessore esatto usando queste tecniche. Ciò è dovuto principalmente alle incertezze nei dettagli della meccanica dell'impatto, che sono molto difficili da duplicare in laboratorio. Le incertezze sono probabilmente solo tra il 10 e il 20%, tuttavia, quindi possiamo essere ragionevolmente sicuri che il guscio di ghiaccio di Europa non abbia uno spessore di pochi chilometri.
Il guscio di ghiaccio avrebbe potuto essere più sottile in passato?
Esistono prove nella topografia del cratere che lo spessore del ghiaccio su Ganimede è cambiato nel tempo e lo stesso potrebbe valere per Europa. La stima dello spessore della calotta di ghiaccio tra 19 e 25 chilometri è rilevante per la superficie ghiacciata che vediamo ora su Europa. Questa superficie è stata stimata tra i 30 e i 50 milioni di anni circa. La maggior parte dei materiali di superficie più vecchi di questo sono stati distrutti dal tettonismo e dalla riemersione. Questa vecchia crosta ghiacciata avrebbe potuto essere più sottile della crosta odierna, ma al momento non abbiamo modo di saperlo.
Ora la conchiglia di ghiaccio su Europa potrebbe avere punti sottili?
I crateri da impatto studiati dal dott. Schenk furono sparpagliati sulla superficie di Europa. Ciò suggerisce che il guscio di ghiaccio è spesso ovunque. Potrebbero esserci aree locali in cui il guscio è sottile a causa del maggiore flusso di calore. Ma il ghiaccio alla base del guscio è molto caldo e come vediamo nei ghiacciai qui sulla Terra, il ghiaccio caldo scorre abbastanza rapidamente. Di conseguenza, c'è qualche? Buco? nel guscio di ghiaccio di Europa verrà riempito rapidamente dal ghiaccio che scorre.
Un grosso guscio di ghiaccio significa che non c'è vita su Europa?
No! Dato quanto poco sappiamo delle origini della vita e delle condizioni all'interno dell'Europa, la vita è ancora plausibile. La probabile presenza di acqua sotto il ghiaccio è uno degli ingredienti chiave. Uno spesso guscio di ghiaccio rende altamente improbabile la fotosintesi su Europa. Gli organismi non avrebbero accesso rapido o facile alla superficie. Se gli organismi all'interno di Europa possono sopravvivere senza la luce solare, lo spessore del guscio è di importanza secondaria. Dopotutto, gli organismi fanno abbastanza bene sul fondo degli oceani della Terra abbastanza bene senza luce solare, sopravvivendo con energia chimica. Questo potrebbe essere vero su Europa se fosse possibile per gli organismi viventi originarsi in questo ambiente in primo luogo.
Inoltre, il guscio di ghiaccio di Europa avrebbe potuto essere molto più sottile in un lontano passato, o forse non esisteva ad un certo punto e l'oceano era esposto nudo allo spazio. Se ciò fosse vero, allora una varietà di organismi potrebbe evolversi, a seconda della chimica e del tempo. Se l'oceano ha iniziato a congelare, gli organismi sopravvissuti potrebbero quindi evolversi in qualsiasi ambiente permettesse loro di sopravvivere, come i vulcani sul fondo dell'oceano (se i vulcani si formano affatto).
Possiamo esplorare per la vita su Europa se il guscio di ghiaccio è spesso?
Se la crosta è davvero così spessa, perforare o fondere il ghiaccio con robot legati sarebbe impossibile! Tuttavia, possiamo cercare la chimica organica dell'oceano o la vita in altre località. La sfida sarà per noi escogitare una strategia intelligente per esplorare l'Europa che non contaminerà ciò che c'è, ma lo trova comunque. La prospettiva di uno spesso guscio di ghiaccio limita il numero di siti probabili in cui potremmo trovare materiale oceanico esposto. Molto probabilmente, il materiale oceanico dovrà essere incorporato come piccole bolle o tasche o come strati all'interno del ghiaccio che è stato portato in superficie con altri mezzi geologici. Tre processi geologici potrebbero fare questo:
1. I crateri da impatto scavano il materiale crostale dalla profondità ed espellendolo sulla superficie, dove potremmo raccoglierlo (50 anni fa potremmo raccogliere frammenti di meteorite di ferro sui fianchi del Meteor Crater in Arizona, ma la maggior parte sono stati trovati ormai ). Sfortunatamente, il più grande cratere conosciuto su Europa, Tiro, ha scavato materiale a soli 3 chilometri di profondità, non abbastanza in profondità per avvicinarsi all'oceano (a causa della geometria e della meccanica, i crateri scavano dalla parte superiore del cratere, non da quella inferiore). Se una tasca o uno strato di materiale oceanico venisse congelato nella crosta a profondità ridotta, potrebbe essere campionato da un cratere da impatto. In effetti, il pavimento di Tyre ha un colore leggermente più arancione rispetto alla crosta originale. Tuttavia, circa la metà dell'Europa è stata ben vista da Galileo, quindi un cratere più grande potrebbe essere presente sul lato scarsamente visto. Dovremo tornare indietro per scoprirlo.
2. Esistono prove evidenti che il guscio ghiacciato di Europa sia alquanto instabile e sia stato (o sia) convincente. Ciò significa che macchie di materiale crustico profondo si innalzano verso la superficie dove a volte sono esposte come cupole di diversi chilometri di larghezza (pensa a Lava Lamp, tranne per il fatto che le macchie sono di materiale solido e morbido come Silly Putty). Qualsiasi materiale oceanico incorporato nella crosta inferiore potrebbe quindi essere esposto alla superficie. Questo processo potrebbe richiedere migliaia di anni e l'esposizione alle radiazioni letali di Giove sarebbe a dir poco ostile! Ma almeno potremmo indagare e provare ciò che resta dietro.
3. Il rifacimento di ampie aree della superficie dell'Europa dove il guscio ghiacciato si è letteralmente fatto a pezzi e diviso. Queste aree non sono vuote ma sono state riempite con nuovo materiale dal basso. Queste aree non sembrano essere state inondate da materiale oceanico, ma piuttosto da un morbido ghiaccio caldo dal fondo della crosta. Ciononostante, è molto probabile che all'interno di questo nuovo materiale crustico sia stato trovato materiale oceanico.
La nostra comprensione della superficie e della storia di Europa è ancora molto limitata. Potrebbero verificarsi processi sconosciuti che portano in superficie il materiale oceanico, ma solo un ritorno in Europa lo dirà.
Quale futuro per Europa?
Con la recente cancellazione di un Europa Orbiter proposto a causa di sovraccarichi di costi, questo è un buon momento per riesaminare la nostra strategia per esplorare l'oceano di Europa. I sottomarini legati e le sonde di perforazione profonda sono piuttosto impraticabili in una crosta così profonda, ma i lander di superficie potrebbero essere comunque molto importanti. Prima di inviare un lander in superficie, dovremmo inviare una missione di ricognizione, in orbita di Giove o Europa, per cercare esposizioni di materiale oceanico e punti sottili nella crosta e per esplorare i migliori siti di atterraggio. Tale missione si avvarrà di capacità di mappatura infrarossa notevolmente migliorate per l'identificazione dei minerali (dopo tutto, gli strumenti Galileo hanno quasi 25 anni). Gli strumenti stereo e laser verrebbero utilizzati per la mappatura topografica. Insieme agli studi sulla gravità, questi dati potrebbero essere utilizzati per cercare regioni relativamente sottili della crosta ghiacciata. Infine, Galileo ha osservato meno della metà dell'Europa con risoluzioni sufficienti per la mappatura, compresi i crateri da impatto. I crateri su questo emisfero poco visto, per esempio, potrebbero indicare se il guscio di ghiaccio di Europa era più sottile in passato.
Un lander per Europa?
Un lander con sismometro poteva ascoltare i terremoti generati dalle forze di marea quotidiane esercitate da Giove e Io. Le onde sismiche possono essere utilizzate per mappare con precisione la profondità sul fondo della conchiglia di ghiaccio, e possibilmente anche sul fondo dell'oceano. Gli analizzatori chimici di bordo dovrebbero quindi cercare molecole organiche o altri traccianti biologici e potenzialmente determinare la chimica dell'oceano, uno degli indicatori fondamentali delle prospettive di Europa come "abitato"? pianeta. Un tale lander avrebbe probabilmente bisogno di perforare diversi metri per attraversare la zona di danno da radiazione in superficie. Solo dopo che queste missioni sono in corso, possiamo quindi iniziare la vera esplorazione di questa stuzzicante luna di dimensioni planetarie. Per parafrasare Monty Python,? Non è ancora morto !?
Fonte originale: Comunicato stampa USRA
