Junos mikrovågsobservationer avslöjar att Europas isskal är 29 kilometer djupt

Junos mikrovågsobservationer avslöjar att Europas isskal är 29 kilometer djupt

I årtionden har planetforskare debatterat naturen hos det isiga hölje som omger Jupiters måne Europa, en värld som länge betraktats som en av de mest lovande kandidaterna för utomjordiskt liv i vårt solsystem. Det centrala mysteriet har kretsat kring skalets tjocklek: är det en tunn, bräcklig slöja eller en massiv, flera kilometer tjock barriär? Nya data från NASA:s Juno-uppdrag, publicerade i tidskriften Nature Astronomy, har äntligen gett ett definitivt svar. Genom att använda rymdfarkostens mikrovågsradiometer (MWR) har forskare fastställt att Europas isskal i genomsnitt är cirka 18 miles (29 kilometer) tjockt, vilket ger en kritisk ny begränsning för modeller av månens potentiella habitabilitet.

Upptäckten sker efter en djärv nära förbiflygning den 29 september 2022, då den soldrivna rymdfarkosten Juno sänkte sig till inom 220 miles (360 kilometer) från Europas spruckna yta. Även om Juno ursprungligen designades för att utforska Jupiters djupa atmosfär, har dess instrumentuppsättning visat sig vara anmärkningsvärt mångsidig för att studera de jovianska månarna. Genom att "blicka" under isen kunde MWR skilja mellan de konkurrerande "tunnskals-" och "tjockskalshypoteserna", varav den senare föreslår en betydligt mer formidabel barriär mellan månens frusna yttre och dess dolda saltvattenshav.

Den 29 kilometer djupa barriären: Kartläggning av isskalet

Måttet på 18 miles representerar den genomsnittliga tjockleken på det kalla, styva och ledande yttre lagret av Europas skal. Detta fynd avgör en långvarig vetenskaplig kontrovers där istjockleken hade uppskattats till allt från mindre än en halv mile till flera tiotals miles. Steve Levin, Juno-projektforskare och medforskare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL), noterade att siffran 18 miles specifikt beskriver en sammansättning av ren vattenis. Den inre strukturen kan dock vara ännu mer komplex än vad en enskild mätning antyder.

”Om ett inre, något varmare konvektivt lager också existerar, vilket är möjligt, skulle den totala tjockleken på isskalet vara ännu större”, förklarade Levin. Omvänt skulle förekomsten av lösta salter i isen – en möjlighet som föreslagits av flera geologiska modeller – kunna ändra uppskattningen. Enligt Levin skulle en måttlig mängd salthalt minska den beräknade tjockleken med ungefär tre miles. Oavsett dessa mindre fluktuationer placerar data bestämt Europa i kategorin "tjockt skal", en insikt som har betydande konsekvenser för hur energi och materia rör sig genom månens inre.

Hur mikrovågsradiometern ser genom is

Metodiken som används av Juno-teamet representerar ett betydande steg framåt inom planetär rekognosering. Mikrovågsradiometern är unikt utrustad för att detektera den termiska strålningen som kommer från månens underyta. Till skillnad från optiska kameror som bara ser ytan, kan mikrovågor penetrera solid is, där olika våglängder når olika djup. Genom att analysera dessa signaler kunde teamet skapa en termisk profil av skalet och skilja mellan den solida isen och de varmare, mer vätskerika miljöerna som kan ligga djupare in.

Att verka i den högstrålande miljön i det jovianska systemet innebär enorma tekniska hinder. MWR var tvungen att filtrera bort intensivt bakgrundsbrus samtidigt som den samlade in data över nästan hälften av Europas yta under det korta tidsfönstret för förbiflygningen. Denna process gjorde det möjligt för teamet att inte bara mäta djupet utan också identifiera "spridare" (scatterers) i isen. Dessa spridare är små ojämnheter – sprickor, porer och tomrum – som uppskattas vara endast några centimeter i diameter. Data tyder på att dessa egenskaper sträcker sig flera hundra fot under ytan, vilket ger en detaljerad blick på "ytter层" av denna främmande värld.

Implikationer för habitabilitet och näringstransport

Bekräftelsen av ett tjockt isskal skiftar perspektivet på Europas habitabilitet. För att liv ska kunna existera i havet under ytan måste det finnas en mekanism för att transportera syre och organiska näringsämnen från ytan – där de produceras av strålning – ner i vattnet. En 29 kilometer tjock barriär innebär en mycket längre och svårare resa för dessa essentiella byggstenar för liv. Om isen vore tunn skulle ytmaterial enkelt kunna cykla ner i havet genom tidvattenflexing eller småskaliga sprickor.

Med ett tjockare skal beror transporten av näringsämnen sannolikt på långsammare, storskaliga geologiska processer, såsom konvektion eller massiva tektoniska förskjutningar. MWR-data rörande det grundare djupet av sprickor och porer tyder på att dessa egenskaper sannolikt inte fungerar som direkta "motorvägar" till havet. Istället kan månens habitabilitet bero på den termiska energi som genereras av tidvattenuppvärmning – det konstanta klämmandet och tänjandet av Europa genom Jupiters enorma gravitation – vilket upprätthåller havets flytande tillstånd och potentiellt driver isskalets rörelse över miljontals år.

Vägen till Europa Clipper

Junos fynd fungerar som ett viktigt rekognoseringsuppdrag för nästa fas av utforskningen av Jupiter. NASA:s kommande Europa Clipper-uppdrag, som är specifikt utformat för att undersöka månens potential för liv, kommer att bära en sofistikerad ispenetrerande radar. Den baslinje som fastställts av Junos mikrovågsradiometer kommer att hjälpa Clipper-teamet att förfina sina instrument och rikta in sig på specifika regioner av intresse där isen kan vara tunnare eller mer geologiskt aktiv.

”Hur tjockt isskalet är och förekomsten av sprickor eller porer i isskalet är delar av det komplexa pusslet för att förstå Europas potentiella habitabilitet”, säger Scott Bolton, Junos huvudforskare från Southwest Research Institute (SwRI). Genom att tillhandahålla de första direkta mätningarna av skalets djup har Juno förvandlat Europa från en värld av teoretiska modeller till en med mätbara fysiska parametrar. När vi blickar mot framtida uppdrag står den 29 kilometer djupa barriären som ett vittnesbörd om utmaningens omfattning – och den potentiella belöningen – i sökandet efter liv i de mörka, kalla utkanterna av det yttre solsystemet.

Framtida riktningar inom forskning om isiga världar

Medan forskare fortsätter att bearbeta den rikedom av data från förbiflygningen 2022, skiftas fokus mot regionala variationer i isskalet. Även om genomsnittet på 29 kilometer nu är ett standardmått, är forskare ivriga att fastställa om skalet är betydligt tunnare vid månens poler eller i områden med "kaosterräng", där ytan tycks ha smält och frusit om. Sådana variationer skulle kunna ge de "fönster" som behövs för att framtida landare så småningom ska kunna undersöka vattnet därunder.

Framgången för MWR på Europa öppnar också nya dörrar för att studera andra isiga månar, såsom Ganymedes och Callisto. Tekniken med mikrovågsradiometri har visat sig vara ett robust verktyg för att titta inuti planeter, vilket i praktiken förvandlar en rymdfarkost till en fjärranalyserande "röntgenmaskin". Med denna nya förståelse för Europas skal har sökandet efter liv i vårt solsystem en tydligare, om än djupare, väg framåt.