אשראי תמונה: נאס"א
העדויות גוברות כי באירופה, אחד מירחי יופיטר, יש אוקיינוס של מים מכוסה ביריעת קרח. מדענים משערים כעת עד כמה קרח זה עבה על ידי מדידת הגודל והעומק של 65 מכתשי ההשפעה על פני הירח - לפי מה שהם יכולים לדעת, זהו 19 ק"מ. עובי הקרח של אירופה ישפיע על האפשרות למצוא שם חיים: אור עבה מדי ואור שמש יתקשה להגיע לאורגניזמים פוטוסינתטיים.
מיפוי ומדידות מפורטות של מכתשי הפגיעה בלוויינים הגדולים והקרחיים של יופיטר, שפורסמו ב23- במאי 2002, גיליון כתב העת Nature, מגלים כי מעטפת הקרח הצפה של אירופה עשויה להיות בעובי של 19 ק"מ לפחות. מדידות אלה, על ידי מדען המטה והגיאולוג ד"ר פול שנק, במכון הירח והפלנטרי של יוסטון, מצביעות על כך שמדענים ומהנדסים יצטרכו לפתח אמצעים חדשים וחכמים לחיפוש חיים על העולם הקפוא עם פנים חמים.
דיון פיצה אירופה הגדול: "קרום דק או קרום עבה?"
עדויות גיאולוגיות וגיאופיזיות מגלילאו תומכות ברעיון שקיים אוקיינוס מים נוזלי מתחת לפני השטח הקפואים של אירופה. הוויכוח מתרכז כעת בכמה עבה הקליפה הקפואה הזו. אוקיינוס יכול להמיס דרך מעטפת קרח דקה בעובי של כמה קילומטרים וחושף מים וכל מה ששוחה בו לאור שמש (ולקרינה). מעטפת קרח דקה יכולה להמיס דרכה, לחשוף את האוקיאנוס לפני השטח ולהעניק גישה נוחה של אורגניזמים פוטוסינתטיים לאור השמש. מעט מאוד קרח עבה בעובי קילומטרים יהיה סביר מאוד להמיס.
מדוע עובי הקליפה הקרחית של אירופה חשוב?
העובי הוא מדד עקיף לכמות החימום הגאות והשפל של אירופה. חימום גאות ושפל חשוב לאמוד כמה מים נוזליים נמצאים באירופה והאם יש געש על קרקעית הים של אירופה, אך יש לגזור מהם; אי אפשר למדוד אותו. האומדן החדש של עובי 19 ק"מ עולה בקנה אחד עם כמה דגמים לחימום גאות ושפל, אך דורש מחקר נוסף רב.
העובי חשוב מכיוון שהוא שולט כיצד והיכן חומר חשוב מבחינה ביולוגית באוקיאנוס של אירופה יכול לנוע לפני השטח, או חזרה לאוקיאנוס. אור השמש לא יכול לחדור יותר ממספר מטרים לתוך הקליפה הקפואה, ולכן אורגניזמים פוטוסינתטיים דורשים גישה נוחה למשטח אירופה כדי לשרוד. עוד בנושא זה בהמשך.
העובי גם יקבע בסופו של דבר כיצד נוכל לחקור את האוקיאנוס של אירופה ולחפש עדויות לחיים או כימיה אורגנית כלשהי באירופה. איננו יכולים לקדוח או לדגום את האוקיאנוס ישירות דרך קרום כה עבה וחייבים לפתח דרכים חכמות לחפש חומר אוקיאני שעלול להיחשף על פני השטח.
כיצד אנו מעריכים את עובי קליפת הקרח של אירופה?
מחקר זה על מכתשי השפעה על לווייני גליליה הגדולים והקפואים של אירופה מבוסס על השוואה בין הטופוגרפיה והמורפולוגיה של מכתש ההשפעה על אירופה עם אלה של הלוויינים הקפואים באחותה Ganymede ו- Callisto. יותר מ -240 מכתשים, 65 מהם באירופה, נמדדו על ידי ד"ר שנק באמצעות ניתוח סטריאו וטופוגרפי של תמונות שנרכשו מהויג'ר וויאג'ר ומחללית גלילאו. גלילאו מקיף כרגע את יופיטר ופונה לעבר הצניחה הסופית שלו ליופיטר בסוף 2003. למרות שלגבי הגנימד וגם קליסטו יש האוקיינוסים במים נוזליים, הם גם מוצאים שהם עמוקים למדי (בערך 100-200 ק"מ). המשמעות היא שמרבית המכתשים לא יושפעו מהאוקיינוסים וניתן להשתמש בהם להשוואה עם אירופה, שם העומק לאוקיאנוס אינו ודאי אך סביר שהוא יהיה הרבה יותר רדוד.
האומדן של עובי מעטפת הקרח של אירופה מבוסס על שתי תצפיות מרכזיות. הראשונה היא שצורות המכתשים הגדולים של אירופה נבדלות משמעותית מכתשים בגודל דומה בגנימד וקליסטו. המדידות של ד"ר שנק מראות כי מכתשים הגדולים יותר משמונה ק"מ לרוחב שונים באופן מהותי מאלה שנמצאים בגנימד או בקליסטו. זה נובע מהחום של החלק התחתון של מעטפת הקרח. חוזק הקרח רגיש מאוד לטמפרטורה והקרח החם רך וזורם די מהר (חשבו על קרחונים).
התצפית השנייה היא שהמורפולוגיה וצורת המכתשים על אירופה משתנים באופן דרמטי ככל שקוטר המכתש עולה על ~ 30 ק”מ. עוברים מכתשים הקטנים מ -30 ק"מ ועומדים על חישוקים ומעליות מרכזיות (אלה תכונות סטנדרטיות של מכתשי השפעה). Pwyll, מכתש שנמצא 27 קילומטרים לרוחב, הוא אחד הגדולים מבין המכתשים הללו.
לעומת זאת, מכתשים על אירופה שגדלו יותר משלושים ק"מ אינם בעלי חישוקים או מעליות ויש להם ביטוי טופוגרפי זניח. במקום זאת הם מוקפים בסטים של שקתות רכסים. שינויים אלה במורפולוגיה ובטופוגרפיה מעידים על שינוי מהותי בתכונות הקרום הקפוא של אירופה. השינוי ההגיוני ביותר הוא ממוצק לנוזל. הטבעות הקונצנטריות במכתשי אירופה גדולים נובעות ככל הנראה מהתמוטטות הסיטונאות של רצפת המכתש. כאשר חור המכתש העמוק במקור קורס, החומר העומד בבסיס הקרום הקפוא ממהר למלא את החלל. חומר מבריק זה גורר על הקרום שמונח, שבר אותו ויוצר את הטבעות הקונצנטריות הנצפות.
מאיפה הערך של 19 עד 25 ק"מ?
מכתשי השפעה גדולים יותר חודרים לעומק קרום כדור הארץ והם רגישים לתכונות בעומקים ההם. אירופה אינה יוצאת דופן. המפתח הוא השינוי הרדיקלי במורפולוגיה ובצורה בקוטר המכתש ~ 30 ק"מ. כדי להשתמש בזה, עלינו להעריך כמה גדול היה המכתש המקורי ועד כמה שכבה נוזלית רדודה חייבת להיות לפני שהוא יכול להשפיע על צורתו הסופית של מכתש הפגיעה. זה נגזר מחישובים מספריים וניסויי מעבדה למכניקת השפעה. זה? מודל התמוטטות המכתש? ואז משמש להמרת קוטר המעבר שנצפה לעובי של השכבה. מכאן שמכתשים ברוחב 30 ק"מ חשים או מגלים שכבות בעומק של 25-25 ק"מ.
כמה בטוחים הערכות אלה לגבי עובי קליפת הקרח של אירופה?
קיימת אי וודאות בעובי המדויק בטכניקות אלה. הסיבה לכך נובעת בעיקר מחוסר וודאות בפרטי מכניקת מכתשי ההשפעה, שקשה מאוד לשכפל במעבדה. אי הוודאות היא ככל הנראה רק בין 10 ל 20%, עם זאת, אנו יכולים להיות בטוחים במידה סבירה כי מעטפת הקרח של אירופה לא עוברת כמה קילומטרים.
יכול להיות שפגז הקרח היה דק יותר בעבר?
יש ראיות בטופוגרפיה של המכתש כי עובי הקרח בגנימד השתנה עם הזמן, ואותו הדבר נכון גם לאירופה. האומדן של עובי מעטפת הקרח בין 19-25 ק"מ הוא רלוונטי למשטח הקפוא שאנו רואים כעת באירופה. משטח זה הוערך כ 30-50 מיליון שנה בערך. מרבית חומרי השטח הוותיקים יותר נהרסו על ידי טקטוניזם וגלישה מחדש. הקרום הקפוא והוותיק הזה יכול היה להיות דק יותר מהקרום של ימינו, אך אין לנו שום דרך לדעת זאת.
האם על קליפת הקרח באירופה יש כתמים דקים כעת?
מכתשי ההשפעה שד"ר שנק חקר התפזרו על פני אירופה. זה מצביע על כך שקליפת הקרח עבה בכל מקום. יתכנו אזורים מקומיים שבהם הקליפה דקה בגלל זרימת חום גבוהה יותר. אבל הקרח בבסיס הקליפה חם מאוד וכפי שאנו רואים בקרחונים כאן על כדור הארץ, קרח חם זורם די מהר. כתוצאה, חורים? בקליפת הקרח של אירופה יתמלאו במהירות על ידי קרח זורם.
האם פגז קרח עבה אומר שאין חיים באירופה?
לא! בהתחשב במועטות שאנחנו יודעים על מקורות החיים והתנאים בתוך אירופה, החיים עדיין מתקבלים על הדעת. הנוכחות הסבירה של מים מתחת לקרח הוא אחד ממרכיבי המפתח. מעטפת קרח עבה הופכת את הפוטוסינתזה לא סבירה ביותר על אירופה. לאורגניזמים לא תהיה גישה מהירה או קלה אל פני השטח. אם אורגניזמים בתוך אירופה יכולים לשרוד ללא אור שמש, אז לעובי הקליפה יש חשיבות משנית בלבד. אחרי הכל, אורגניזמים מסתדרים היטב בקרקעית האוקיינוסים של כדור הארץ די טוב ללא אור שמש, ושרדו מאנרגיה כימית. זה יכול להיות נכון גם באירופה אם זה אפשרי כי אורגניזמים חיים מקורם בסביבה זו מלכתחילה.
גם אז מעטפת הקרח של אירופה הייתה יכולה להיות הרבה יותר רזה בעבר הרחוק, או אולי היא לא הייתה קיימת בשלב מסוים והאוקיאנוס נחשף עירום לחלל. אם זה היה נכון, אז מגוון של אורגניזמים יכול להתפתח, תלוי בכימיה ובזמן. אם האוקיאנוס התחיל לקפוא, האורגניזמים ששרדו יוכלו להתפתח לכל סביבות המאפשרות להם לשרוד, כמו הרי געש על קרקעית האוקיאנוס (אם נוצרים הרי געש בכלל).
האם נוכל לחקור לאורך החיים באירופה אם מעטפת הקרח עבה?
אם הקרום אכן סמיך, קידוח או התכה בקרח עם רובוטים קשורים זה לא מעשי! עם זאת, אנו יכולים לחפש כימיה אורגנית של האוקיאנוס או חיים במקומות אחרים. האתגר יהיה לנו לתכנן אסטרטגיה חכמה לבחינת אירופה שלא תזהם את מה שיש בכל זאת למצוא אותה. הסיכוי לקליפת קרח עבה מגביל את מספר האתרים הסבירים שבהם אנו עשויים למצוא חומר אוקיאני חשוף. ככל הנראה, חומר אוקיינוס יצטרך להיות מוטבע כבועות קטנות או כיסים או כשכבות בתוך קרח שהובא לפני השטח באמצעים גיאולוגיים אחרים. שלושה תהליכים גיאולוגיים יכולים לעשות זאת:
1. מכתשי השפעה חופר לעומק חומר קרוסטלי ומפלטים אותו על פני השטח, שם אנו עשויים להרים אותו (לפני 50 שנה יכולנו להרים שברי מטאוריטים מברזל באגני מכתש המטאור באריזונה, אך הרוב נמצאו עד עכשיו ). לרוע המזל, המכתש הגדול ביותר הידוע באירופה, צור, חפר חומר בעומק 3 ק"מ בלבד, לא מספיק עמוק בכדי להתקרב לאוקיאנוס (בגלל הגיאומטריה והמכניקה, מכתשים חופרים מהחלק העליון של המכתש, ולא התחתון). אם קפוא כיס או שכבה של חומר אוקיינוס לתוך הקרום בעומק הרדוד, ייתכן שהוא נדגם על ידי מכתש השפעה. אכן, לרצפת הצור יש צבע מעט יותר כתום מהקרום המקורי. עם זאת, בערך מחצית אירופה נראתה היטב על ידי גלילאו, כך שמכתש גדול יותר עשוי להיות בצד הגרוע. נצטרך לחזור ולברר.
2. ישנן עדויות חזקות לכך שהקליפה הקפואית של אירופה מעט לא יציבה והיתה (או) משכנעת. משמעות הדבר היא כי כתמים מחומר קרום עמוק עולים כלפי מעלה לעבר פני השטח בהם הם נחשפים לעיתים ככיפות ברוחב של כמה קילומטרים (חשבו על Lava Lamp, פרט לכך שהכתמים הם חומר יציב ורך כמו מרק מטופש). כל חומר אוקיינוס המוטמע בתוך הקרום התחתון יכול להיחשף לפני השטח. תהליך זה יכול לארוך אלפי שנים והחשיפה לקרינה הקטלנית של צדק לא תהיה ידידותית בלשון המעטה! אבל לפחות נוכל לחקור ולדגום מה שנשאר מאחור.
3. השטחה מחדש של אזורים רחבים על פני השטח של אירופה, שם הקליפה הקפואה קרעה ממש והתפצלה. אזורים אלה אינם ריקים אך התמלאו בחומר חדש מלמטה. נראה כי אזורים אלו לא הוצפו על ידי חומר אוקיינוס, אלא על ידי קרח רך וחם מתחתית הקרום. למרות זאת יתכן מאוד שניתן למצוא חומר אוקיאני בתוך חומר קרוסטלי חדש זה.
ההבנה שלנו על פני השטח וההיסטוריה של אירופה עדיין מוגבלת מאוד. תהליכים לא ידועים יכולים להתרחש שמביאים חומר אוקיאני לפני השטח, אך רק חזרה לאירופה תגלה.
מה הלאה לאירופה?
עם ביטולו האחרון של מוצע אירופה אורביטר עקב חריגה בעלויות, זהו זמן טוב לבחון מחדש את האסטרטגיה שלנו לבחון את האוקיאנוס של אירופה. צוללות קשורות ובודקי קידוח עמוקים הם די בלתי מעשיים בקרום כה עמוק, אך נחתים על פני השטח עשויים להיות חשובים מאוד בכל זאת. לפני שנשלח נחת אל פני השטח, עלינו לשלוח משימת סיור, במסלולי יופיטר או באירופה, לחפש חשיפות של חומר אוקיאני ונקודות רזות בקרום, ולגלות את אתרי הנחיתה הטובים ביותר. משימה כזו תנצל יכולות מיפוי אינפרא אדום משופרות במידה רבה לזיהוי מינרלים (אחרי הכל, מכשירי גלילאו הם כמעט 25 שנה). מכשירי סטריאו ולייזר ישמשו למיפוי טופוגרפי. יחד עם מחקרי כוח המשיכה ניתן היה להשתמש בנתונים אלה לחיפוש אזורים דקים יחסית בקרום הקפוא. לבסוף, גלילאו צפתה בפחות ממחצית אירופה בהחלטות המספקות למיפוי, כולל מכתשי השפעה. מכתשים בחצי הכדור הזה שנראו גרועים, למשל, יכולים להצביע אם מעטפת הקרח של אירופה הייתה דקה יותר בעבר.
נחת לאירופה?
נחת עם סיסמומטר יכול להאזין לרעידות אירופה שנוצרו על ידי כוחות הגאות והשפל היומיים שמפעילים צדק ואיו. ניתן להשתמש בגלים סייסמיים כדי למפות במדויק את העומק לקרקעית מעטפת הקרח, ואולי גם את קרקעית האוקיאנוס. אנליזרים כימיים על סיפונה אז היו מחפשים מולקולות אורגניות או עוקבים ביולוגיים אחרים ויכולים לקבוע את הכימיה של האוקיאנוס, אחד האינדיקטורים הבסיסיים של פוטנציאל אירופה כ"מאוכלס ". כוכב לכת. נחת כזה צריך כנראה לקדוח כמה מטרים בכדי לעבור דרך אזור הנזק הקרינתי לפני השטח. רק לאחר שהמשימות הללו מתבצעות נוכל להתחיל בחקירה האמיתית של הירח המגרה הזה בכוכב הלכת. כדי לפרש את מונטי פייתון, "הוא עדיין לא מת !?
המקור המקורי: פרסום חדשות USRA
