Mikrofalowe obserwacje sondy Juno ujawniają, że lodowa skorupa Europy ma 18 mil grubości

Mikrofalowe obserwacje sondy Juno ujawniają 18-milową głębokość lodowej skorupy Europy

Od dziesięcioleci planetolodzy debatują nad naturą lodowej powłoki otaczającej księżyc Jowisza, Europę – świat od dawna uważany za jednego z najbardziej obiecujących kandydatów do znalezienia życia pozaziemskiego w naszym Układzie Słonecznym. Główna zagadka koncentrowała się wokół grubości tej skorupy: czy jest to cienka, krucha warstwa, czy potężna, gruba na wiele mil bariera? Nowe dane z misji Juno agencji NASA, opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy, w końcu przyniosły jednoznaczną odpowiedź. Wykorzystując pokładowy radiometr mikrofalowy (MWR), naukowcy ustalili, że lodowa skorupa Europy ma średnio około 18 mil (29 kilometrów) grubości, co stanowi kluczowy nowy parametr dla modeli potencjalnej zdatności tego księżyca do zamieszkania.

Odkrycie nastąpiło po brawurowym bliskim przelocie 29 września 2022 roku, kiedy zasilana energią słoneczną sonda Juno zniżyła się na odległość 220 mil (360 kilometrów) od spękanej powierzchni Europy. Choć Juno została pierwotnie zaprojektowana do badania głębokiej atmosfery Jowisza, zestaw jej instrumentów okazał się niezwykle wszechstronny w badaniu księżyców jowiszowych. „Zaglądając” pod lód, instrument MWR był w stanie rozstrzygnąć spór między konkurencyjnymi hipotezami „cienkiej skorupy” i „grubej skorupy”. Ta druga sugeruje znacznie potężniejszą barierę między zamarzniętą powierzchnią księżyca a jego ukrytym oceanem ze słoną wodą.

18-milowa bariera: Mapowanie lodowej powłoki

Pomiar wynoszący 18 mil reprezentuje średnią grubość zimnej, sztywnej i przewodzącej zewnętrznej warstwy skorupy Europy. Wynik ten rozstrzyga wieloletni spór naukowy, w którym szacunki grubości lodu wahały się od niespełna pół mili do kilkudziesięciu mil. Steve Levin, naukowiec projektu Juno i współbadacz z NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), zauważył, że wartość 18 mil opisuje konkretnie skład z czystego lodu wodnego. Jednak struktura wewnętrzna może być jeszcze bardziej złożona, niż sugeruje pojedynczy pomiar.

„Jeśli istnieje również wewnętrzna, nieco cieplejsza warstwa konwekcyjna, co jest możliwe, całkowita grubość skorupy lodowej byłaby jeszcze większa” – wyjaśnił Levin. Z drugiej strony, obecność rozpuszczonych soli w lodzie – możliwość sugerowana przez kilka modeli geologicznych – mogłaby zmienić te szacunki. Według Levina, niewielkie zasolenie zmniejszyłoby obliczoną grubość o około trzy mile. Niezależnie od tych drobnych wahań, dane zdecydowanie plasują Europę w kategorii „grubej skorupy”, co ma istotne znaczenie dla sposobu, w jaki energia i materia przemieszczają się we wnętrzu księżyca.

Jak radiometr mikrofalowy widzi przez lód

Metodologia zastosowana przez zespół Juno stanowi znaczący skok w planetarnym rekonesansie. Radiometr mikrofalowy jest unikalnie wyposażony do wykrywania emisji termicznej pochodzącej spod powierzchni księżyca. W przeciwieństwie do kamer optycznych, które widzą tylko powierzchnię, mikrofale mogą przenikać przez lity lód, przy czym różne długości fal docierają na różne głębokości. Analizując te sygnały, zespół mógł stworzyć profil termiczny skorupy, rozróżniając lity lód od cieplejszych, bogatszych w ciecz środowisk, które mogą znajdować się głębiej.

Praca w środowisku o wysokim promieniowaniu układu Jowisza wiąże się z ogromnymi trudnościami technicznymi. MWR musiał odfiltrować intensywny szum tła, jednocześnie rejestrując dane z niemal połowy powierzchni Europy podczas krótkiego okna przelotu. Proces ten pozwolił zespołowi nie tylko zmierzyć głębokość, ale także zidentyfikować „rozpraszacze” wewnątrz lodu. Rozpraszacze te to małe nieregularności – pęknięcia, pory i pustki – których średnicę szacuje się na zaledwie kilka cali. Dane sugerują, że struktury te sięgają kilkuset stóp pod powierzchnię, zapewniając szczegółowy wgląd w „górną skorupę” tego obcego świata.

Implikacje dla zdatności do zamieszkania i transportu składników odżywczych

Potwierdzenie istnienia grubej skorupy lodowej zmienia perspektywę na zdatność Europy do zamieszkania. Aby życie mogło istnieć w podpowierzchniowym oceanie, musi istnieć mechanizm transportujący tlen i organiczne składniki odżywcze z powierzchni – gdzie są one wytwarzane przez promieniowanie – w dół do wody. Bariera o grubości 18 mil oznacza znacznie dłuższą i trudniejszą drogę dla tych niezbędnych budulców życia. Gdyby lód był cienki, materiały z powierzchni mogłyby łatwo krążyć w oceanie dzięki odkształceniom pływowym lub pęknięciom na małą skalę.

Przy grubszej skorupie transport składników odżywczych prawdopodobnie zależy od wolniejszych, wielkoskalowych procesów geologicznych, takich jak konwekcja lub masywne przesunięcia tektoniczne. Dane z MWR dotyczące płytkiej głębokości pęknięć i porów sugerują, że cechy te raczej nie służą jako bezpośrednie „autostrady” do oceanu. Zamiast tego, zdatność księżyca do zamieszkania może zależeć od energii termicznej generowanej przez ogrzewanie pływowe – ciągłe ściskanie i rozciąganie Europy przez ogromną grawitację Jowisza – co utrzymuje stan ciekły oceanu i potencjalnie napędza ruch lodowej skorupy na przestrzeni milionów lat.

Droga do misji Europa Clipper

Ustalenia sondy Juno służą jako istotny rekonesans przed kolejną fazą eksploracji układu Jowisza. Nadchodząca misja NASA Europa Clipper, zaprojektowana specjalnie do zbadania potencjału księżyca pod kątem podtrzymywania życia, będzie wyposażona w zaawansowany radar penetrujący lód. Punkt odniesienia ustalony przez radiometr mikrofalowy sondy Juno pomoże zespołowi Clipper dopracować instrumenty i obrać za cel konkretne regiony, w których lód może być cieńszy lub bardziej aktywny geologicznie.

„To, jak gruba jest skorupa lodowa oraz istnienie pęknięć lub porów w jej wnętrzu, to elementy złożonej układanki pozwalającej zrozumieć potencjalną zdatność Europy do zamieszkania” – powiedział Scott Bolton, główny badacz misji Juno z Southwest Research Institute (SwRI). Dostarczając pierwszych bezpośrednich pomiarów głębokości skorupy, Juno sprawiła, że Europa przestała być światem modeli teoretycznych, a stała się obiektem o mierzalnych parametrach fizycznych. Patrząc w stronę przyszłych misji, 18-milowa bariera pozostaje świadectwem skali wyzwania – i potencjalnej nagrody – jakie niesie ze sobą poszukiwanie życia w mrocznych, zimnych zakątkach zewnętrznego Układu Słonecznego.

Przyszłe kierunki badań lodowych światów

Podczas gdy naukowcy kontynuują przetwarzanie bogactwa danych z przelotu w 2022 roku, uwaga przenosi się na regionalne różnice w skorupie lodowej. Choć średnia 18 mil jest obecnie standardowym miernikiem, badacze chcą ustalić, czy skorupa jest znacznie cieńsza na biegunach księżyca lub w obszarach „terenu chaosu”, gdzie powierzchnia wydaje się być stopiona i ponownie zamrożona. Takie różnice mogłyby stanowić „okna” niezbędne dla przyszłych lądowników, aby ostatecznie zbadać wody znajdujące się poniżej.

Sukces instrumentu MWR na Europie otwiera również nowe drzwi do badania innych lodowych księżyców, takich jak Ganimedes i Kallisto. Technika radiometrii mikrofalowej okazała się solidnym narzędziem do zaglądania do wnętrza planet, skutecznie zmieniając sondę kosmiczną w teledetekcyjne urządzenie „rentgenowskie”. Dzięki nowemu zrozumieniu skorupy Europy, poszukiwanie życia w naszym Układzie Słonecznym zyskało wyraźniejszą, choć głębszą, drogę naprzód.