Dotarcie do wody na Europie, księżycu Jowisza, może być trudniejsze, niż sądzono

Podpowierzchniowy ocean Europy może być znacznie trudniejszy do zbadania, niż wcześniej zakładano. Nowe symulacje pokazują, że woda z jego głębi może mieć duże trudności z przedostaniem się przez lodową skorupę.

Podpowierzchniowy ocean Europy może być trudniejszy do zbadania

Europa, księżyc Jowisza, od dawna fascynuje naukowców, ponieważ pod jej zamarzniętą skorupą może znajdować się globalny ocean ciekłej wody. W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Lujendry Ojha z Rutgers University wskazali, że jedna z najbardziej obiecujących możliwości dotarcia do tego potencjalnego akwenu może być znacznie bardziej skomplikowana, niż wcześniej sądzono.

Astronomowie wykorzystali symulacje komputerowe, aby sprawdzić, czy ciekła woda pochodząca ze znajdującego się głębiej oceanu Europy może przemieszczać się przez szczeliny w lodzie i gromadzić w płytkich zbiornikach znajdujących się bliżej powierzchni. Jeśli by istniały, mogłyby być łatwiejsze do wykrycia lub pobrania z nich próbek przez przyszłe misje niż ocean znajdujący się głęboko pod powierzchnią. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Astronomy”.

Badacze chcieli się przekonać, czy ciekła woda może przemieszczać się z głębokiego oceanu w kierunku powierzchni Europy, nie zamarzając po drodze. Odkryli jednak, że droga z głębokich do płytkich warstw lodu jest prawdopodobnie znacznie trudniejsza, niż dotychczas zakładano.

Zdaniem astronomów ich analizy mogą mieć istotne znaczenie dla przyszłych badań Europy. Jeśli pod powierzchnią księżyca zostaną znalezione płytkie zbiorniki ciekłej wody, niekoniecznie muszą one zawierać wodę pochodzącą z głębokiego oceanu. Mogły powstać lokalnie, w wyniku topnienia lodu wewnątrz samej skorupy.

To rozróżnienie ma znaczenie. Naukowcy interesują się Europą, ponieważ ciekła woda, odpowiednie warunki chemiczne i źródło energii są niezbędnymi składnikami środowiska, w którym mogłoby powstać życie. Płytki zbiornik byłby łatwiejszy do zbadania niż głęboki ocean. Jeśli jednak nie byłby on połączony z większym akwenem, mógłby nie dostarczyć informacji o tym, co dzieje się głębiej pod skorupą księżyca.

Europa Clipper i JUICE zbadają lodową skorupę

Obecnie dwie misje kosmiczne są już w drodze do układu Jowisza. Prowadzona przez NASA Europa Clipper została wystrzelona w październiku 2024 roku i ma dotrzeć do gazowego olbrzyma w kwietniu 2030 roku. Następnie będzie krążyć wokół planety i wykona również 49 bliskich przelotów obok Europy. Misja Europejskiej Agencji Kosmicznej Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) została wystrzelona w kwietniu 2023 roku i ma dotrzeć do Jowisza w lipcu 2031 roku.

Astronomowie oczekują, że obie misje dostarczą znacznie bardziej szczegółowych informacji o lodowej skorupie Europy, składzie jej powierzchni oraz możliwej obecności wody pod nią. Radar znajdujący się na pokładzie Europa Clipper może pomóc badaczom ustalić, czy płytkie zbiorniki mogą istnieć bliżej powierzchni i jak mogą być zbudowane.

Badacze sugerują, że pod niezwykle zimną powierzchnią globalny ocean może pozostawać w stanie ciekłym, ponieważ potężna grawitacja Jowisza nieustannie ściska i rozciąga księżyc, generując wewnętrzne ciepło zatrzymywane przez znajdującą się nad nim lodową skorupę.

Czy woda może przepływać przez lodową skorupę?

W nowych badaniach naukowcy skoncentrowali się na formacjach znanych jako dajki, czyli wąskich szczelinach lub pęknięciach, które teoretycznie mogłyby umożliwiać wodzie z oceanu przemieszczanie się w górę przez lód. Pomysł ten zakłada rozwiązanie przypominające sposób, w jaki stopiona skała może przemieszczać się przez szczeliny na Ziemi, zanim zasili aktywność wulkaniczną. Na lodowych światach proces ten określa się mianem kriowulkanizmu, czyli wulkanizmu związanego z lodem i wodą zamiast stopionej skały.

Astronomowie wskazali jednak, że lód i ciekła woda zasadniczo różnią się od lawy i wulkanów, które są obserwowane na Ziemi. Jednym z brakujących elementów, jak stwierdzili, była turbulencja. Wcześniejsze modele często traktowały wodę przemieszczającą się przez lód Europy tak, jakby poruszała się w stosunkowo uporządkowany sposób. Jednak nowe symulacje sugerują, że prawdopodobnie poruszałaby się przez szczeliny szybko i gwałtownie, mieszając się przy zimnych ścianach szczeliny i szybko tracąc ciepło do otaczającego lodu.

Problemy z przepływem przez lód

Zdaniem badaczy w miarę ochładzania woda mogłaby ulec przechłodzeniu, co oznacza, że pozostawałaby w stanie ciekłym nawet po spadku temperatury poniżej jej normalnej temperatury zamarzania. W takich warunkach mogłyby powstawać maleńkie kryształki lodu zwane lodem śryżowym (frazil ice), które mogłyby się gromadzić i zatykać drogę przepływu.

Symulacje pokazują, że wąskie szczeliny mogłyby zamarznąć w ciągu kilku godzin. Szersze mogłyby transportować więcej wody w idealnych warunkach, ale turbulencje sprawiałyby, że takie scenariusze są znacznie mniej prawdopodobne. Naukowcy ustalili, że aby dostarczyć wystarczającą ilość wody do powstania niektórych struktur na powierzchni Europy, szczeliny musiałyby być nierealistycznie długie lub występować w dużej liczbie.

Płytkie zbiorniki mogą powstawać lokalnie

Wyniki badań wskazują, że płytka woda, jeśli rzeczywiście występuje pod powierzchnią Europy, może mieć inne pochodzenie, niż dotychczas zakładano. Zamiast przemieszczać się bezpośrednio z oceanu, może powstawać w wyniku lokalnego ogrzewania i topnienia wewnątrz lodowej skorupy.

Astronomowie podkreślają, że lodowa skorupa Europy może stanowić silniejszą barierę między oceanem a powierzchnią, niż wcześniej uważano. Może to pomóc przyszłym misjom lepiej interpretować uzyskane wyniki i zrozumieć, gdzie należy poszukiwać warunków sprzyjających istnieniu życia.

Emil Gołoś