Bildnachweis: NASA
Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass Europa, einer der Monde des Jupiter, einen Ozean aus Wasser hat, der von einer Eisdecke bedeckt ist. Wissenschaftler spekulieren jetzt darüber, wie dick das Eis ist, indem sie die Größe und Tiefe von 65 Einschlagkratern auf der Mondoberfläche messen - soweit sie das beurteilen können, sind es 19 km. Die Dicke des europäischen Eises wird sich auf die Möglichkeit auswirken, dort Leben zu finden: Zu dick und Sonnenlicht wird Schwierigkeiten haben, photosynthetische Organismen zu erreichen.
Detaillierte Kartierungen und Messungen von Einschlagkratern auf Jupiters großen eisigen Satelliten, die in der Zeitschrift Nature vom 23. Mai 2002 veröffentlicht wurden, zeigen, dass die schwimmende Eisschale Europas mindestens 19 Kilometer dick sein kann. Diese Messungen des Staff Scientist und Geologen Dr. Paul Schenk vom Lunar and Planetary Institute in Houston zeigen, dass Wissenschaftler und Ingenieure neue und clevere Mittel entwickeln müssen, um nach Leben in der gefrorenen Welt mit warmem Innenraum zu suchen.
Die große Europa-Pizza-Debatte: „Dünne Kruste oder dicke Kruste?“
Geologische und geophysikalische Beweise von Galileo stützen die Idee, dass unter der eisigen Oberfläche Europas ein Ozean mit flüssigem Wasser existiert. Die Debatte dreht sich nun darum, wie dick diese eisige Schale ist. Ein Ozean könnte durch eine dünne Eisschale schmelzen, die nur wenige Kilometer dick ist und Wasser und alles, was darin schwimmt, dem Sonnenlicht (und der Strahlung) aussetzt. Eine dünne Eisschale könnte durchschmelzen, den Ozean der Oberfläche aussetzen und einen einfachen Zugang von photosynthetischen Organismen zum Sonnenlicht ermöglichen. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass eine dicke Eisschale mit einer Dicke von mehreren zehn Kilometern durchschmilzt.
Warum ist die Dicke der eisigen Schale Europas wichtig?
Die Dicke ist ein indirektes Maß dafür, wie viel Gezeitenerwärmung Europa erhält. Gezeitenerwärmung ist wichtig, um abzuschätzen, wie viel flüssiges Wasser sich auf Europa befindet und ob es auf dem Meeresboden Europas Vulkanismus gibt, der jedoch abgeleitet werden muss. es kann nicht gemessen werden. Die neue Schätzung einer Dicke von 19 Kilometern stimmt mit einigen Modellen für die Gezeitenerwärmung überein, erfordert jedoch viele zusätzliche Untersuchungen.
Die Dicke ist wichtig, da sie steuert, wie und wo sich biologisch wichtiges Material im europäischen Ozean an die Oberfläche oder zurück in den Ozean bewegen kann. Das Sonnenlicht kann nicht mehr als ein paar Meter in die Eisschale eindringen, daher benötigen photosynthetische Organismen einen einfachen Zugang zur Oberfläche Europas, um zu überleben. Mehr dazu später.
Die Dicke wird letztendlich auch bestimmen, wie wir den Ozean Europas erkunden und nach Beweisen für Leben oder organische Chemie auf Europa suchen können. Wir können den Ozean nicht direkt durch eine so dicke Kruste bohren oder beproben und müssen clevere Methoden entwickeln, um nach Ozeanmaterial zu suchen, das möglicherweise an der Oberfläche freigelegt wurde.
Wie schätzen wir die Dicke der Eisschale Europas ein?
Diese Untersuchung der Einschlagkrater auf den großen eisigen galiläischen Satelliten Europas basiert auf einem Vergleich der Topographie und Morphologie des Einschlagkraters auf Europa mit denen der eisigen Schwestersatelliten Ganymede und Callisto. Über 240 Krater, 65 davon auf Europa, wurden von Dr. Schenk mithilfe einer Stereo- und topografischen Analyse von Bildern gemessen, die von den Raumfahrzeugen Voyager und Galileo der NASA aufgenommen wurden. Galileo umkreist derzeit den Jupiter und nähert sich seinem endgültigen Eintauchen in den Jupiter Ende 2003. Obwohl angenommen wird, dass sowohl Ganymede als auch Callisto flüssige Wassermeere im Inneren haben, wird angenommen, dass sie ziemlich tief sind (ungefähr 100-200 Kilometer). Dies bedeutet, dass die meisten Krater von den Ozeanen nicht betroffen sind und zum Vergleich mit Europa verwendet werden können, wo die Tiefe des Ozeans ungewiss ist, aber wahrscheinlich viel flacher.
Die Schätzung der Dicke der Eisschale Europas basiert auf zwei Schlüsselbeobachtungen. Das erste ist, dass sich die Formen der größeren Krater Europas erheblich von den ähnlich großen Kratern auf Ganymed und Callisto unterscheiden. Die Messungen von Dr. Schenk zeigen, dass sich Krater mit einem Durchmesser von mehr als 8 Kilometern grundlegend von denen auf Ganymed oder Callisto unterscheiden. Dies ist auf die Wärme des unteren Teils der Eisschale zurückzuführen. Die Stärke des Eises ist sehr temperaturempfindlich und warmes Eis ist weich und fließt ziemlich schnell (denken Sie an Gletscher).
Die zweite Beobachtung ist, dass sich Morphologie und Form der Krater auf Europa dramatisch ändern, wenn der Kraterdurchmesser ~ 30 Kilometer überschreitet. Krater, die kleiner als 30 Kilometer sind, sind mehrere hundert Meter tief und haben erkennbare Felgen und zentrale Anhebungen (dies sind Standardmerkmale von Einschlagkratern). Pwyll, ein 27 Kilometer breiter Krater, ist einer der größten dieser Krater.
Krater auf Europa, die größer als 30 Kilometer sind, haben dagegen keine Felgen oder Anhebungen und einen vernachlässigbaren topografischen Ausdruck. Sie sind vielmehr von konzentrischen Mulden und Graten umgeben. Diese Veränderungen in Morphologie und Topographie deuten auf eine grundlegende Veränderung der Eigenschaften der Eiskruste Europas hin. Die logischste Änderung ist von fest zu flüssig. Die konzentrischen Ringe in großen europäischen Kratern sind wahrscheinlich auf den massiven Zusammenbruch des Kraterbodens zurückzuführen. Wenn das ursprünglich tiefe Kraterloch zusammenbricht, dringt das Material unter der Eiskruste ein, um die Lücke zu füllen. Dieses Einschaltmaterial zieht sich über die darüber liegende Kruste, bricht sie und bildet die beobachteten konzentrischen Ringe.
Woher kommt der Wert von 19 bis 25 Kilometern?
Größere Einschlagkrater dringen tiefer in die Kruste eines Planeten ein und reagieren empfindlich auf die Eigenschaften in diesen Tiefen. Europa ist keine Ausnahme. Der Schlüssel ist die radikale Veränderung der Morphologie und Form bei einem Kraterdurchmesser von ~ 30 Kilometern. Um dies zu verwenden, müssen wir abschätzen, wie groß der ursprüngliche Krater war und wie flach eine Flüssigkeitsschicht sein muss, bevor sie die endgültige Form des Einschlagkraters beeinflussen kann. Dies ergibt sich aus numerischen Berechnungen und Laborexperimenten zur Schlagmechanik. Dieses? Krater-Kollaps-Modell? wird dann verwendet, um den beobachteten Übergangsdurchmesser in eine Dicke für die Schicht umzuwandeln. Daher erfassen 30 Kilometer breite Krater Schichten mit einer Tiefe von 19 bis 25 Kilometern.
Wie sicher sind diese Schätzungen der Eisschalendicke in Europa?
Bei Verwendung dieser Techniken besteht eine gewisse Unsicherheit hinsichtlich der genauen Dicke. Dies ist hauptsächlich auf Unsicherheiten in den Details der Einschlagkratermechanik zurückzuführen, die im Labor nur sehr schwer zu duplizieren sind. Die Unsicherheiten liegen jedoch wahrscheinlich nur zwischen 10 und 20%, sodass wir ziemlich sicher sein können, dass die Eisschale Europas nicht wenige Kilometer dick ist.
Könnte die Eisschale in der Vergangenheit dünner gewesen sein?
In der Kratertopographie gibt es Hinweise darauf, dass sich die Eisdicke auf Ganymed im Laufe der Zeit geändert hat, und dies könnte auch für Europa gelten. Die Schätzung der Eisschalendicke von 19 bis 25 Kilometern ist relevant für die eisige Oberfläche, die wir jetzt auf Europa sehen. Diese Oberfläche wurde auf 30 bis 50 Millionen Jahre geschätzt. Die meisten älteren Oberflächenmaterialien wurden durch Tektonismus und Oberflächenerneuerung zerstört. Diese ältere Eiskruste hätte dünner sein können als die heutige Kruste, aber wir haben derzeit keine Möglichkeit zu wissen.
Könnte die Eisschale auf Europa jetzt dünne Stellen haben?
Die von Dr. Schenk untersuchten Einschlagkrater waren über die Oberfläche Europas verstreut. Dies deutet darauf hin, dass die Eisschale überall dick ist. Es kann lokale Bereiche geben, in denen die Schale aufgrund des höheren Wärmeflusses dünn ist. Aber das Eis an der Basis der Schale ist sehr warm und wie wir in den Gletschern hier auf der Erde sehen, fließt warmes Eis ziemlich schnell. Infolgedessen irgendwelche? Löcher? in Europas Eisschale wird schnell durch fließendes Eis aufgefüllt.
Bedeutet eine dicke Eisschale, dass es auf Europa kein Leben gibt?
Nein! Angesichts dessen, wie wenig wir über die Ursprünge des Lebens und die Bedingungen in Europa wissen, ist das Leben immer noch plausibel. Das wahrscheinliche Vorhandensein von Wasser unter dem Eis ist einer der Hauptbestandteile. Eine dicke Eisschale macht eine Photosynthese auf Europa höchst unwahrscheinlich. Organismen hätten keinen schnellen oder einfachen Zugang zur Oberfläche. Wenn Organismen in Europa ohne Sonnenlicht überleben können, ist die Dicke der Schale nur von untergeordneter Bedeutung. Schließlich geht es Organismen auf dem Grund der Ozeane der Erde ohne Sonnenlicht recht gut und sie überleben mit chemischer Energie. Dies könnte auf Europa zutreffen, wenn es lebenden Organismen überhaupt möglich ist, aus dieser Umgebung zu stammen.
Auch die Eisschale Europas hätte in der fernen Vergangenheit viel dünner sein können, oder vielleicht existierte sie irgendwann nicht mehr und der Ozean war nackt dem Weltraum ausgesetzt. Wenn dies wahr wäre, könnten sich je nach Chemie und Zeit verschiedene Organismen entwickeln. Wenn der Ozean zu gefrieren begann, konnten sich die überlebenden Organismen zu einer Umgebung entwickeln, in der sie überleben konnten, beispielsweise zu Vulkanen auf dem Meeresboden (falls sich überhaupt Vulkane bilden).
Können wir das Leben auf Europa erkunden, wenn die Eisschale dick ist?
Wenn die Kruste tatsächlich so dick ist, wäre es unpraktisch, mit angebundenen Robotern durch das Eis zu bohren oder zu schmelzen! Trotzdem können wir nach organischer Ozeanchemie oder nach Leben an anderen Orten suchen. Die Herausforderung wird für uns darin bestehen, eine clevere Strategie für die Erkundung Europas zu entwickeln, die das, was dort ist, nicht kontaminiert und dennoch findet. Die Aussicht auf eine dicke Eisschale begrenzt die Anzahl der wahrscheinlichen Stellen, an denen wir freiliegendes ozeanisches Material finden könnten. Höchstwahrscheinlich muss Ozeanmaterial als kleine Blasen oder Taschen oder als Schichten in Eis eingebettet werden, die auf andere geologische Weise an die Oberfläche gebracht wurden. Drei geologische Prozesse könnten dies tun:
1. Einschlagkrater graben Krustenmaterial aus der Tiefe aus und werfen es auf die Oberfläche, wo wir es aufnehmen könnten (vor 50 Jahren konnten wir Eisenmeteoritenfragmente an den Flanken des Meteorkraters in Arizona aufnehmen, aber die meisten wurden inzwischen gefunden ). Leider hat der größte bekannte Krater auf Europa, Tyrus, Material aus nur 3 Kilometern Tiefe ausgegraben, das nicht tief genug ist, um in die Nähe des Ozeans zu gelangen (aufgrund der Geometrie und Mechanik werden Krater aus dem oberen Teil des Kraters ausgegraben, nicht aus dem unteren). Wenn eine Tasche oder Schicht aus Ozeanmaterial in geringer Tiefe in die Kruste eingefroren würde, könnte sie von einem Einschlagkrater entnommen werden. In der Tat hat der Reifenboden eine Farbe, die etwas orangefarbener ist als die ursprüngliche Kruste. Etwa die Hälfte von Europa wurde jedoch von Galileo gut gesehen, sodass auf der schlecht sichtbaren Seite möglicherweise ein größerer Krater vorhanden ist. Wir müssen zurückgehen, um es herauszufinden.
2. Es gibt starke Hinweise darauf, dass die eisige Schale Europas etwas instabil ist und konvektiert hat (oder wird). Dies bedeutet, dass Blobs aus tiefem Krustenmaterial nach oben zur Oberfläche aufsteigen, wo sie manchmal als mehrere Kilometer breite Kuppeln freigelegt werden (denken Sie an Lava Lamp, außer dass die Blobs aus weichem, festem Material wie Silly Putty bestehen). Jegliches in die untere Kruste eingebettete Ozeanmaterial könnte dann der Oberfläche ausgesetzt werden. Dieser Prozess könnte Tausende von Jahren dauern, und die Exposition gegenüber Jupiters tödlicher Strahlung wäre gelinde gesagt unfreundlich! Aber zumindest könnten wir untersuchen und untersuchen, was zurückbleibt.
3. Oberflächenerneuerung von weiten Bereichen der europäischen Oberfläche, in denen die Eisschale buchstäblich durchgerissen und gespalten ist. Diese Bereiche sind nicht leer, sondern wurden von unten mit neuem Material gefüllt. Diese Gebiete scheinen nicht von Meeresmaterial überflutet worden zu sein, sondern von weichem, warmem Eis vom Boden der Kruste. Trotzdem ist es sehr wahrscheinlich, dass ozeanisches Material in diesem neuen Krustenmaterial gefunden wird.
Unser Verständnis der Oberfläche und Geschichte Europas ist immer noch sehr begrenzt. Es könnten unbekannte Prozesse auftreten, die Meeresmaterial an die Oberfläche bringen, aber nur eine Rückkehr nach Europa wird es zeigen.
Was kommt als nächstes für Europa?
Angesichts der kürzlich erfolgten Annullierung eines vorgeschlagenen Europa-Orbiters aufgrund von Kostenüberschreitungen ist dies ein guter Zeitpunkt, um unsere Strategie zur Erkundung des europäischen Ozeans zu überprüfen. Angebundene U-Boote und Tiefbohrsonden sind in einer so tiefen Kruste eher unpraktisch, aber Oberflächenlander könnten dennoch sehr wichtig sein. Bevor wir einen Lander an die Oberfläche schicken, sollten wir eine Aufklärungsmission entweder im Jupiter- oder im Europa-Orbit senden, um nach Expositionen von Meeresmaterial und dünnen Stellen in der Kruste zu suchen und die besten Landeplätze ausfindig zu machen. Eine solche Mission würde stark verbesserte Infrarot-Kartierungsfunktionen zur Mineralidentifizierung nutzen (schließlich sind die Galileo-Instrumente fast 25 Jahre alt). Stereo- und Laserinstrumente würden für die topografische Kartierung verwendet. Zusammen mit Schwerkraftstudien könnten diese Daten verwendet werden, um nach relativ dünnen Regionen der Eiskruste zu suchen. Schließlich beobachtete Galileo weniger als die Hälfte Europas bei für die Kartierung ausreichenden Auflösungen, einschließlich Einschlagkratern. Krater auf dieser schlecht gesehenen Hemisphäre könnten beispielsweise darauf hinweisen, ob die Eisschale Europas in der Vergangenheit dünner war.
Ein Lander für Europa?
Ein Lander mit einem Seismometer könnte auf Europa-Beben achten, die durch die täglichen Gezeitenkräfte von Jupiter und Io erzeugt werden. Seismische Wellen können verwendet werden, um die Tiefe genau auf den Grund der Eisschale und möglicherweise auch auf den Grund des Ozeans abzubilden. An Bord befindliche chemische Analysegeräte würden dann nach organischen Molekülen oder anderen biologischen Tracern suchen und möglicherweise die Chemie der Ozeane bestimmen, einer der grundlegenden Indikatoren für die Aussichten Europas als "bewohnt". Planet. Ein solcher Lander müsste wahrscheinlich mehrere Meter bohren, um durch die Zone der Strahlenschäden an der Oberfläche zu gelangen. Erst nachdem diese Missionen begonnen haben, können wir mit der wahren Erforschung dieses verlockenden Mondes in Planetengröße beginnen. Um Monty Python zu paraphrasieren: "Es ist noch nicht tot!"
Originalquelle: USRA-Pressemitteilung
