Przez dziesięciolecia Europa, jeden z największych księżyców Jowisza, była uważana za jedną z gwiazd będących kandydatkami w poszukiwaniach życie poza ZiemiąPod lodową powierzchnią kryje się ogromny podziemny ocean słonej wody, który – na papierze – wydawał się spełniać kilka podstawowych warunków niezbędnych do zamieszkania.
Jednakże szereg ostatnich prac, na czele z badaniem opublikowanym w Nature CommunicationsMalują znacznie chłodniejszy obraz, pod każdym względem. Modele wewnętrzne sugerują, że dno tego oceanu byłoby zbyt sztywny i geologicznie nudny aby zapewnić energię i składniki odżywcze, których potrzebują nawet najbardziej odporne mikroby.
Ogromny ocean, który nie gwarantuje życia
Pod lodową skorupą Europy znajduje się globalny ocean, który według najpowszechniej akceptowanych szacunków może osiągnąć od 60 do 150 kilometrów głębokościWszystko to pokryte jest warstwą lodu Grubość od 15 do 25 kilometrów, bardzo popękany na powierzchni, ale najwidoczniej spoczywający na zaskakująco spokojnym dnie.
Chociaż jego średnica wynosi około 3.100 kilometrów —nieco mniejszy niż nasz Księżyc—, obliczenia wskazują, że ten ocean słonej wody może zawierać więcej wody niż wszystkie oceany Ziemi razem wzięteJuż sama ta liczba przez lata podsycała pogląd, że Europa jest jednym z najbardziej obiecujących miejsc w Układzie Słonecznym pod kątem znalezienia życia.
Nowe badanie, prowadzone przez planetologa Paweł ByrneBadacz z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis podważa ten optymistyczny pogląd. Po zrekonstruowaniu wnętrza Księżyca za pomocą modeli fizycznych i porównaniu jego właściwości z właściwościami Księżyca, stwierdził, że wnętrze Księżyca jest rzeczywiście najbardziej realistyczne. Ziemia, Księżyc i Io (inny niezwykle wulkaniczny księżyc Jowisza) zespół doszedł do wniosku, że podłożem Europy będzie mechanicznie bardzo odporny, do tego stopnia, że uniemożliwia to powstawanie dużych struktur tektonicznych.
Zdaniem autorów, na dnie oceanu nie można spodziewać się niczego długie grzbiety śródoceaniczne, głębokie rowy, podwodne wulkany lub aktywne otwory hydrotermalneW praktyce mielibyśmy do czynienia ze światem z ogromnym oceanem, ale położonym na niemal niezmiennym, skalistym gruncie.
Dlaczego dno oceanu jest kluczowe dla zamieszkiwalności
Na Ziemi wiele hipotez dotyczących pochodzenia życia wskazuje na strumienie hydrotermalne dna morskiegoWzajemne oddziaływanie gorących skał i wody morskiej, wywołane tektoniką płyt i wulkanizmem, powoduje powstawanie związków chemicznych, takich jak metan, a także dużej ilości energii, z której mogą korzystać mikroorganizmy.
Zespół Byrne'a przeniósł tę wiedzę na Europę, aby zbadać, czy podobne procesy mogą zachodzić na tym księżycu. Ich wniosek jest taki, że Europejskie dno morskie byłoby zbyt sztywne aby mogły pękać i odnawiać się w sposób zrównoważony, co uniemożliwiłoby odtworzenie dynamicznych środowisk, jakie znamy na dnie oceanów na Ziemi.
Jak powiedział Byrne, gdybyśmy mogli wysłać robotyczna łódź podwodna do oceanu Europy, najprawdopodobniej nie znaleźlibyśmy niedawne pęknięcia, aktywne wulkany lub kolumny gorącej wody Wyłania się z dna. Z geologicznego punktu widzenia wszystko wskazywałoby na krajobraz zdominowany przez spokój, pozbawiony źródeł energii chemicznej, które zasilają głębokie ekosystemy Ziemi.
Pogląd ten pokrywa się z innymi badaniami, które wskazują, że reakcje woda-skała W Europie ekosystemy te ograniczałyby się do pierwszych kilkuset metrów dna morskiego, bez intensywnej i ciągłej wymiany między skalistym wnętrzem a oceanem. Taki scenariusz znacznie zmniejsza prawdopodobieństwo powstania i utrzymania się złożonych ekosystemów.
Mimo wszystko badanie nie wyklucza całkowicie możliwości ich istnienia. bardzo proste mikroorganizmy w określonych niszach, ale ilość dostępnej energii, według modeli, byłaby bardzo ograniczona, aby utrzymać duże społeczności.
Wpływ (i ograniczenia) grawitacji Jowisza
Jednym z największych wewnętrznych silników księżyców Jowisza jest ocieplenie pływowe, ten sam proces, który doprowadzony do skrajności zamienia się w Io na najbardziej aktywnym wulkanicznie ciele Układu Słonecznego. Silna grawitacja Jowisza nieustannie deformuje ten księżyc, generując wewnętrzne ciepło i napędzając jego spektakularny wulkanizm.
W przypadku Europy sytuacja jest inna. Jej orbita jest bardziej stabilny i nieco dalejtak, że siły pływowe są słabsze. Modele w nowym badaniu wskazują, że to ocieplenie było wystarczające, aby aby zapobiec całkowitemu zamarznięciu oceanuale nie jest to na tyle duże, aby odkształcić podłoże skalne z intensywnością potrzebną do uruchomienia silnych ruchów tektonicznych lub długotrwałego wulkanizmu.
Naukowcy wskazują również, że pierwotne ciepło wewnętrzne rdzenia skalnego W dużej mierze uległ on rozproszeniu miliardy lat temu. To ubytek termiczny wyjaśniałby, dlaczego obecne dno oceanu wydaje się tak stabilnym i stosunkowo mało dynamicznym środowiskiem.
Ta kombinacja umiarkowane pływy A schłodzone jądro pozostawia Europę w swego rodzaju strefie przejściowej: pod lodem znajduje się ocean w stanie ciekłym, ale brakuje jej mechanizmów geologicznych, które na Ziemi są uważane za podstawowe dla podtrzymania głębokich ekosystemów.
Obraz ten kontrastuje z innymi lodowymi światami, takimi jak Tytan (Saturn), gdzie niektóre modele nadal sugerują, że wnętrze może być bardziej aktywne i mieć zupełnie inną chemię, co skłoniło część europejskiej i amerykańskiej społeczności naukowej do rozłożyć nacisk na poszukiwania życia wśród wielu kandydatów i nie tylko w Europie.
Trzy wymagania życiowe… z jedną wielką niewiadomą
W astrobiologii często podkreśla się trzy główne warunki niezbędne do zaistnienia życia, jakie znamy: Woda w stanie ciekłym, związki organiczne i źródło energiiNa papierze Europa dobrze spełnia pierwsze dwa wymogi i, przynajmniej częściowo, trzeci.
Z jednej strony wszystkie misje i obserwacje zgadzają się, że na Księżycu znajduje się globalny ocean płynnej wodyZ drugiej strony, na jego lodowej powierzchni zidentyfikowano następujące obiekty: organiczne molekuły które najprawdopodobniej znajdowałyby się również w oceanie podziemnym.
Problemem jest energia. Orbita Europy wokół Jowisza generuje ocieplenie pływowe wewnątrz, ale modele sugerują, że ten wkład byłby słaby na dnie morskim. Oznacza to, że energii byłoby wystarczająco dużo, aby zapobiec całkowitemu zamarznięciu wody, ale niewystarczająco dużo, aby pobudzić aktywna tektonika lub długotrwały wulkanizm u skalistego podłoża.
Ten niuans radykalnie zmienia interpretację możliwości zamieszkania. Woda i materia organiczna są niezbędne, ale bez mechanizmu geologicznego, który miesza materiały, odnawia skorupę i umożliwia ciągłe reakcje chemiczne, prawdopodobieństwo powstania i utrzymania się życia Jest zredukowana do minimum.
Autorzy artykułu twierdzą, że ich wyniki odnoszą się do stan faktyczny z Europy. Nie wykluczają, że w przeszłości wnętrze Księżyca mogło być znacznie bardziej aktywne, z cieplejszym dnem morskim i kominami hydrotermalnymi zdolnymi do podtrzymywania ekosystemów przez ograniczony czas.
Czy Europa mogła być kiedyś bardziej przyjazna do życia?
Jednym z najbardziej intrygujących punktów badania jest pomysł, że Europa mogła istnieć miliardy lat temu, o wiele bardziej aktywny i potencjalnie nadający się do zamieszkania światNa tym wczesnym etapie ciepło resztkowe z jądra oraz być może intensywniejsze pływy mogły zasilać dno morskie z kominami hydrotermalnymi i intensywną cyrkulacją płynów.
W takim scenariuszu nie można wykluczyć, że mogą się pojawić ekosystemy oparte na chemii wody i skałpodobne do tych obserwowanych na grzbietach śródoceanicznych Ziemi. Z czasem jednak postępująca utrata ciepła wewnętrznego doprowadziła do wygaszenia tej aktywności, pozostawiając dno morskie w stanie bezruchu sugerowanym przez obecne modele.
Gdyby coś takiego się wydarzyło, każda potencjalna europejska biosfera miałaby ograniczony okres czasu rozwijać się i adaptować do spadku dostępnej energii. Ustalenie, czy ten margines był wystarczający do powstania życia i czy życie mogłoby przetrwać w coraz zimniejszym świecie, to jedna z wielkich niewiadomych, na które spróbują odpowiedzieć nadchodzące misje.
Ta perspektywa czasowa wpływa również na sposób, w jaki wyszukiwanie biomarkerów na lodowej powierzchni. Niektóre zaobserwowane struktury, takie jak chaotyczny teren lub obszary, gdzie lód wydaje się być spękany i zreorganizowany, mogą zawierać wskazówki dotyczące możliwej dawnej wymiany między oceanem a górną warstwą lodu.
Debata ta jest uważnie śledzona w Europie i innych ośrodkach badawczych na kontynencie, gdyż ma wpływ na planowanie przyszłości. Misje europejskie i współpraca z NASA przy ustalaniu priorytetów celów naukowych i wyborze instrumentów.
Europa Clipper, JUICE i rola Europy w eksploracji kosmosu
Chociaż nowe badania obniżają oczekiwania na znalezienie życia na Europie, zainteresowanie naukowców tym księżycem nie osłabło, wręcz przeciwnie. Wręcz przeciwnie, misje takie jak Maszynka do strzyżenia Europy (NASA) i SOK (Europejska Agencja Kosmiczna) ma ten zamrożony świat wśród swoich cele priorytetowe.
Europa Clipper, sonda wystrzelona przez NASA, której przelot obok Księżyca zaplanowano na rok 2031Wykona dziesiątki bliskich podań, aby uzyskać obrazy o wysokiej rozdzielczości Misja ma na celu zmierzenie grubości skorupy lodowej i szczegółową charakterystykę oceanu podpowierzchniowego. Jej instrumenty będą obejmować radar penetrujący lód, magnetometry i spektrometry umożliwiające analizę składu chemicznego powierzchni oraz ewentualnych smug wodnych.
Ze swojej strony misja SOK Sonda Jupiter ICy Moons Explorer ESA jest już w drodze do układu Jowisza i ma dotrzeć na początku przyszłej dekady. Chociaż jej głównym celem będzie księżyc Ganimedes, sonda będzie również badać Europa i Kallistozapewniając bardzo wartościowy przegląd lodowych księżyców Jowisza.
Z perspektywy europejskiej misje te stanowią strategiczną okazję do skonsolidowania roli przemysł kosmiczny kontynentu i jej centra badawcze badające zewnętrzne rejony Układu Słonecznego. Hiszpania, poprzez swój udział w ESA i swoich firmach high-tech, również wpisuje się w to zobowiązanie do lepszego zrozumienia lodowych światów.
Dane dostarczone przez Europa Clipper i JUICE będą miały kluczowe znaczenie dla weryfikacji, w jakim stopniu obecne modele dokładnie opisują obojętne dno oceanu Lub wręcz przeciwnie, pod lodem wciąż czyhają niespodzianki do odkrycia.
Wyłaniający się obraz przedstawia księżyc z Dużo wody, ale mało energii wewnętrznejgdzie ogromny ocean ukryty pod lodem prawdopodobnie byłby zimnym i chemicznie nieaktywnym środowiskiem. Europa pozostaje uprzywilejowanym naturalnym laboratorium do badania funkcjonowania lodowych światów i tego, czego naprawdę potrzebują, aby nadawały się do zamieszkania, chociaż każdy nowy element danych sugeruje, że przynajmniej na razie Na księżycu Jowisza nie ma życia Albo, jeśli istniał, to ten etap jest już dawno za nim w historii.
