Forskere modellerer kilden til udbrud på Jupiters måne Europa

På Jupiters iskolde måne Europa, kraftige udbrud kan spy ud i rummet, rejser spørgsmål blandt håbefulde astrobiologer på Jorden:Hvad ville sprænge ud fra miles-høje faner? Kunne de indeholde tegn på udenjordisk liv? Og hvor i Europa skulle de stamme fra? En ny forklaring peger nu på en kilde tættere på den frosne overflade, end man kunne forvente.

I stedet for at stamme fra dybt inde i Europas oceaner, nogle udbrud kan stamme fra vandlommer indlejret i selve den iskolde skal, ifølge nye beviser fra forskere ved Stanford University, University of Arizona, University of Texas og NASA's Jet Propulsion Laboratory.

Ved hjælp af billeder indsamlet af NASA-rumfartøjet Galileo, forskerne udviklede en model til at forklare, hvordan en kombination af frysning og tryk kan føre til et kryovulkanudbrud, eller et udbrud af vand. Resultaterne, udgivet 10. november i Geofysiske forskningsbreve , har implikationer for beboeligheden af ​​Europas underliggende hav - og kan forklare udbrud på andre iskolde legemer i solsystemet.

Bebuder om liv?

Forskere har spekuleret i, at det enorme hav skjult under Europas iskolde skorpe kunne indeholde elementer, der er nødvendige for at understøtte liv. Men kort for at sende en undervandsbåd til månen for at udforske, det er svært at vide med sikkerhed. Det er en af ​​grundene til, at Europas faner har fået så stor interesse:Hvis udbruddene kommer fra det underjordiske hav, elementerne kunne lettere opdages af et rumfartøj som det, der er planlagt til NASAs kommende Europa Clipper-mission.

Men hvis fanerne stammer fra månens iskolde skal, de kan være mindre gæstfrie til livet, fordi det er sværere at opretholde den kemiske energi til at drive livet der. I dette tilfælde, chancerne for at opdage beboelighed fra rummet er formindsket.

"Det er meget vigtigt at forstå, hvor disse vandfaner kommer fra, for at vide, om fremtidige Europa-opdagelsesrejsende kan have en chance for rent faktisk at opdage liv fra rummet uden at sondere Europas hav, " sagde hovedforfatter Gregor Steinbrügge, en postdoc forsker ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth).

Forskerne fokuserede deres analyser på Manannán, et 18 mil bredt krater på Europa, der blev skabt ved et sammenstød med et andet himmellegeme for nogle titusinder af år siden. Som begrundelse for, at en sådan kollision ville have genereret en enorm mængde varme, de modellerede, hvordan smeltning og efterfølgende frysning af en vandlomme i den iskolde skal kunne have fået vandet til at bryde ud.

"Kometen eller asteroiden, der ramte isskallen, var dybest set et stort eksperiment, som vi bruger til at konstruere hypoteser for at teste, " sagde medforfatter Don Blankenship, seniorforsker ved University of Texas Institute for Geophysics (UTIG) og hovedforsker af Radar for Europa Assessment and Sounding:Ocean to Near-surface (REASON) instrument, der vil flyve på Europa Clipper. "Polar- og planetvidenskaberne hos UTIG er alle i øjeblikket dedikerede til at evaluere dette instruments evne til at teste disse hypoteser."

Modellen indikerer, at da Europas vand blev omdannet til is under de senere stadier af nedslaget, der kunne skabes lommer af vand med øget saltholdighed i månens overflade. Desuden, disse saltvandslommer kan migrere sidelæns gennem Europas isskal ved at smelte tilstødende områder med mindre brakis, og bliver derfor endnu mere salt i processen.

"Vi udviklede en måde, hvorpå en vandlomme kan bevæge sig sideværts - og det er meget vigtigt, " sagde Steinbrügge. "Den kan bevæge sig langs termiske gradienter, fra koldt til varmt, og ikke kun i nedadgående retning som trukket af tyngdekraften."

En salt chauffør

Modellen forudsiger, at når en vandrende saltlagelomme nåede centrum af Manannán-krateret, det satte sig fast og begyndte at fryse, generere tryk, der til sidst resulterede i en fane, anslået til at have været over en kilometer høj. Udbruddet af denne fane efterlod et kendetegn:et edderkopformet træk på Europas overflade, der blev observeret ved Galileo-billeddannelse og indarbejdet i forskernes model.

"Selvom faner genereret af saltlagelommermigration ikke ville give direkte indsigt i Europas hav, vores resultater tyder på, at Europas isskal i sig selv er meget dynamisk, " sagde medforfatter Joana Voigt, en uddannet forskningsassistent ved University of Arizona, Tucson.

Den relativt lille størrelse af fanen, der ville dannes ved Manannán, indikerer, at nedslagskratere sandsynligvis ikke kan forklare kilden til andre, større faner på Europa, der er blevet antaget baseret på Hubble- og Galileo-data, siger forskerne. Men processen, der er modelleret til Manannán-udbruddet, kan ske på andre iskolde legemer - selv uden en påvirkningsbegivenhed.

"Lommemigration af saltlage er ikke entydigt anvendelig til Europan-kratere, " sagde Voigt. "I stedet kan mekanismen give forklaringer på andre iskolde legemer, hvor der eksisterer termiske gradienter."

Undersøgelsen giver også skøn over, hvor salt Europas frosne overflade og hav kan være, hvilket igen kan påvirke gennemsigtigheden af ​​dens isskal til radarbølger. Beregningerne, baseret på billeddannelse fra Galileo fra 1995 til 1997, vis Europas hav kan være omkring en femtedel så salt som Jordens hav - en faktor, der vil forbedre kapaciteten for Europa Clipper-missionens radarekkolod til at indsamle data fra dens indre.

Resultaterne kan være nedslående for astrobiologer, der håber, at Europas udbrudte faner kan indeholde spor om det indre oceans evne til at understøtte liv, givet den implikation, at faner ikke behøver at forbinde til Europas hav. Imidlertid, den nye model giver indsigt i at løse Europas komplekse overfladefunktioner, som er genstand for hydrologiske processer, træk fra Jupiters tyngdekraft og skjulte tektoniske kræfter i den iskolde måne.

"Dette gør den lavvandede undergrund - selve isskallen - til et meget mere spændende sted at tænke på, " sagde medforfatter Dustin Schroeder, en assisterende professor i geofysik ved Stanford. "Det åbner op for en helt ny måde at tænke på, hvad der sker med vand nær overfladen."