NASA Juno: Europas isskal är 29 kilometer tjockt

NASA:s rymdsond Juno har levererat de första direkta mätningarna av det istäcke som täcker Jupiters måne Europa, och uppskattar att skorpan är ungefär 18 miles (29 kilometer) tjock. Detta betydelsefulla fynd, nyligen publicerat i Nature Astronomy, använder data från Junos förbiflygning 2022 för att lösa en långvarig vetenskaplig debatt om månens struktur. Genom att blicka under den frusna ytan med avancerad mikrovågsteknik har forskare fastställt att Europa besitter ett formidabelt, styvt yttre skal som vilar ovanpå ett enormt underjordiskt hav av flytande vatten, vilket i grunden förändrar vår förståelse av månens potentiella beboelighet.

Varför är tjockleken på Europas istäcke viktig för beboelighet?

Tjockleken på Europas istäcke är avgörande för beboelighet eftersom den avgör effektiviteten i transporten av näringsämnen och syre från ytan till det underjordiska havet. En 18 miles tjock skorpa fungerar som en betydande termisk och fysisk barriär, vilket potentiellt begränsar det kemiska utbyte som krävs för att upprätthålla liv. Medan ett tunnare skal skulle underlätta kontakten, tyder en tjockare modell på att livsuppehållande processer kan vara beroende av specifika geologiska kanaler, som sprickor eller porösa hålrum, snarare än direkt kontakt med ytan.

Det vetenskapliga intresset för Europa grundar sig till stor del i hypotesen om ett "tjockt skal" kontra ett "tunt skal". I årtionden har planetforskare debatterat huruvida isen bara var några miles tjock eller en massiv tektonisk platta. Juno-data stöder det senare, vilket innebär att månens inre miljö är mer isolerad än man tidigare hoppats. Denna isolering innebär att eventuell biologisk aktivitet i havet skulle vara beroende av kemisk energi genererad genom hydrotermisk aktivitet på havsbotten eller sällsynt vertikal transport av oxidanter genom det tjocka istaket.

Den termiska regleringen inom det underjordiska havet dikteras också av detta islock. Ett 30 kilometer tjockt skal ger en enorm isolering och fångar upp den inre värme som genereras av den gravitationella "knådningen" från Jupiters massiva tidvattenkrafter. Denna tidvattenuppvärmning håller vattnet i flytande form, men isens stora djup komplicerar teorin om "rullbandet" där ytis sjunker och för ner syresatt material till saltvattnet nedanför. Att förstå denna dynamik är det primära målet för forskare vid institutioner som NASA:s Jet Propulsion Laboratory och Southwest Research Institute.

Vad avslöjar Junos mikrovågsradiometer om Europa?

Data från Junos mikrovågsradiometer (MWR) avslöjar att Europas istäcke består av ett kallt, styvt yttre lager med en tjocklek på ungefär 18 miles, kännetecknat av inre oregelbundheter. Instrumentet upptäckte mikrovågsspridning som överensstämmer med små sprickor, porer eller hålrum med en diameter på några tum som sträcker sig hundratals fot in i skorpan. Dessa fynd tyder på att isen inte är ett enhetligt block utan en komplex geologisk struktur formad av intensiv termisk och mekanisk stress.

Instrumentet Microwave Radiometer (MWR) har den unika förmågan att "se" genom fast is genom att mäta termisk strålning över sex olika frekvenser. Till skillnad från traditionella kameror som endast fångar ytreflektioner, detekterar MWR värmen som sipprar ut från olika djup i isen. Genom att analysera dessa olika våglängder kan Juno-teamet skapa en vertikal profil av isens temperatur och struktur, vilket i praktiken innebär en "datortomografi" av en himlakropp från tusentals kilometers avstånd.

Viktiga fynd från MWR-analysen inkluderar följande strukturella detaljer:

• Termisk gradient: Data indikerar en skarp temperaturskillnad mellan den iskalla ytan och den varmare isen djupare in i skalet.
• Spridningscentra: Små hålrum och frakturer, troligen orsakade av tidvattenuppvärmning, är vanligt förekommande i de övre lagren.
• Variationer i konduktivitet: Skillnader i mikrovågssignalerna tyder på närvaro av salter eller "saltvattenfickor" fångade inuti ismatrisen.
• Skorpans styvhet: Mätningarna bekräftar att det övre lagret är extremt styvt och kallt, och står emot flödet från den varmare isen under.

Hur påverkar dessa Juno-data den kommande Europa Clipper-missionen?

Junos data om det 18 miles tjocka istäcket ger kritiska begränsningar för den kommande Europa Clipper-missionen, vilket gör att forskare kan förfina sina strategier för radarmätning och instrumentmål. Genom att fastställa en baslinje för skorpans djup kan NASA bättre kalibrera Clipper-farkostens REASON-instrument för att penetrera isen och söka efter fickor med flytande vatten. Denna synergi säkerställer att Clippers ankomst 2030 optimeras för Europas specifika geologiska verklighet.

Förberedelserna för Europa Clipper-missionen innebär att identifiera de mest lovande områdena för undersökning, såsom regioner där isen kan vara tunnare eller mer aktiv. Juno-fynden fungerar som en spaningsrapport och belyser "kaosterräng" – regioner med bruten, förskjuten is – som kan fungera som fönster in till det underjordiska havet. Forskare kommer nu att prioritera dessa områden för högupplöst bildbehandling och spektroskopisk analys för att upptäcka organiska föreningar eller tecken på utströmmande ångkvastar.

Vidare har Juno-missionens framgång med MWR visat värdet av avkänning med flera våglängder i Jupiters system. Detta har direkta konsekvenser för Europeiska rymdorganisationens (ESA) JUICE-mission, som också är på väg för att studera Jupiters månar. Genom att korsreferera Junos mikrovågsdata med framtida radar- och gravitationsmätningar kan det globala forskarsamhället bygga en naturtrogen 3D-modell av Europa, vilket för oss närmare svaret på om denna isiga värld kan hysa utomjordiskt liv.

Geologisk aktivitet och utvecklingen av kaosterräng

Tidvattenuppvärmning förblir den primära drivkraften bakom utvecklingen av Europas yta och dess 18 miles tjocka skal. Eftersom Europa kretsar kring Jupiter i en elliptisk bana, sträcker och komprimerar planetens enorma gravitation månen, vilket genererar friktion och värme inuti isen. Denna process är ansvarig för bildandet av "kaosterräng", där den isiga ytan verkar ha smält, brutits upp i flak och frusit igen till ett kaotiskt landskap. Junos data tyder på att dessa formationer sannolikt är resultatet av konvektion inom det tjocka istäcket snarare än smältning av tunn is.

Observationen av potentiella ångkvastar eller utströmning av vattenånga får också ett nytt sammanhang med en uppskattad skorptjocklek på 18 miles. Om vatten verkligen bryter igenom ytan måste det färdas genom massiva frakturer eller pressas uppåt av intensivt tryck. Forskare letar nu efter bevis på dessa högtryckskanaler i Juno-telemetrin. Om ångkvastar existerar erbjuder de ett "gratisprov" av det dolda havet, vilket gör att framtida rymdfarkoster kan flyga genom ångan och analysera dess kemiska sammansättning utan behov av en komplex borrningsmission.

Nästa steg i utforskningen av Europa

Medan Juno-missionen fortsätter sin förlängda livstid förblir fokus på Jupitersystems komplexa miljö. Data som samlades in under förbiflygningen 2022 kommer att studeras i många år framöver och ge en färdplan för nästa generation upptäcktsresande. Målet är inte längre bara att bekräfta förekomsten av ett hav, utan att karaktärisera miljöns beboelighet. Framtida modeller kommer att inkludera tjockleken på 18 miles för att simulera havsströmmar, saltkoncentrationer och potentialen för liv att överleva i Europas mörka, trycksatta djup.