Zdjęcie w tle: NASA/JPL-Caltech;

Nowe badania i symulacje komputerowe wskazują, iż na dnie podpowierzchniowego oceanu Europy – księżyca Jowisza – mogą istnieć aktywne wulkany. Zbliżająca się misja NASA – Europa Clipper, której start jest zaplanowany na rok 2024 – ma za zadanie zbliżyć się do lodowego księżyca i zebrać dane do dalszych badań.

Naukowcy mają dowody na obecność ogromnego oceanu pomiędzy lodową powierzchnią Europy a jej skalistym wnętrzem. Nowe badania wskazują, że księżyc może mieć wystarczająco dużo wewnętrznego ciepła, by częściowo stopić warstwę skał. Proces ten mógłby doprowadzić do powstania wulkanów na dnie oceanu.

Skąd na księżycu Jowisza mogły wziąć się wulkany?

Jednak skąd bierze się wystarczająca ilość ciepła, która mogłaby stopić płaszcz Europy? Odpowiedź leży w oddziaływaniu grawitacyjnym Jowisza i jego księżyców. Przy każdym kolejnym okrążeniu dookoła planety, wnętrze Europy jest ściskane i rozciągane przez siłę przyciągania Jowisza. Ten ruch generuje energię, która wydostaje się w postaci ciepła. Podobny proces można zaobserwować, gdy wielokrotnie zginamy spinacz. Skutkiem tego jest wzrost jego temperatury. Im bardziej „wygina się” wnętrze księżyca, tym w efekcie powstaje więcej ciepła.

Badanie, opublikowane niedawno w Geophysical Research Letters, prezentuje bardzo dokładnie, jak skalista część Europy wygina się i nagrzewa pod grawitacyjnym wpływem Jowisza. Pokazuje, gdzie ciepło znika i jak topi skalisty płaszcz księżyca, zwiększając prawdopodobieństwo występowania wulkanów na dnie oceanicznym.

Aktywność wulkaniczna Europy była przedmiotem spekulacji przez wiele lat. Dla porównania inny księżyc Jowisza – Io – jest najbardziej aktywnym wulkanicznie ciałem Układu Słonecznego. Jej powierzchnie pokrywają setki wulkanów, a każdy z nich bezustannie wyrzuca lawę, gazy i pyły aż do 400 km ponad powierzchnię księżyca. Ta niezwykła aktywność wulkaniczna wynika również z ogrzewania grawitacyjnego Jowisza. Europa jest bardziej oddalona od Jowisza niż Io, dlatego naukowcy długo zastanawiali się, czy efekt nieustannego ściskania i rozprężania lodowego księżyca będzie podobny.

Obrazek ilustrujący, jak może być zbudowane wnętrze Europy – księżyca Jowisza. Od góry odpowiednio: lodowa skorupa, podpowierzchniowy ocean, wulkaniczne dno oceanu.

Prowadzeni przez Marie Běhounkovą z Uniwersytetu Karola w Pradze, autorzy badania przewidują, że obecność wulkanów jest najbardziej prawdopodobna w pobliżu biegunów Europy – na tych szerokościach geograficznych generuje się najwięcej ciepła. Naukowcy przyjrzeli się również temu, jak aktywność wulkaniczna mogła zmieniać się w czasie. Jest to bardzo ważne, bo długotrwałe źródła energii mogłyby dać szansę na rozwój potencjalnym organizmom żywym.

W pobliżu podwodnych wulkanów powstają kominy hydrotermalne. Zapewniają one duże ilości ciepła, ale również związków chemicznych, które pochodzących z wnętrza planety lub księżyca. Na Ziemi to właśnie wokół kominów hydrotermalnych rozwijają się niezliczone organizmy żywe – wyjątkowe, bo zupełnie niezależne od energii słonecznej. I jeśli Europa ma swoje wulkany, jak przewidują naukowcy – równie bogate życie mogłoby rozwijać się pod jej lodową powierzchnią, na samym dnie oceanu.

„Wyniki naszych badań dostarczają dowodów na to, że ocean Europy może być odpowiednim środowiskiem do rozwoju życia” powiedziała Běhounková. „Europa to jedno z nielicznych ciał planetarnych, które mogą podtrzymywać aktywność wulkaniczną przez miliony lat i prawdopodobnie jedyne prócz Ziemi, które ma jednocześnie ma duże zbiorniki wodne i długotrwałe źródło energii”.

Bezpośrednie obserwacje

Naukowcy NASA będą mieli możliwość, by przetestować prawdziwość swoich przewidywań, kiedy Europa Clipper dotrze do celu swojej podróży w 2030 roku. Sonda będzie orbitować wokół Jowisza i wielokrotnie przeleci w pobliżu Europy, by wykonać zdjęcia jej powierzchni i zbadać jej skład. Europa Clipper pobierze również próbkę atmosfery księżyca.

Obserwacje powierzchni i atmosfery Europy dadzą naukowcom szansę, by dowiedzieć się więcej o jej wewnętrznym oceanie, jeśli woda „wylewa się” na powierzchnię. Taki proces mógłby pozostawić ślady morskiej wody na powierzchni księżyca. Naukowcy sądzą też, że wraz z wodą przez skorupę Europy mógłby wydostawać się gaz, a może nawet para wodna, zawierająca związki mineralne z dna oceanu.

Europa Clipper zbada również pole magnetyczne księżyca i jego grawitację; anomalie, szczególnie w pobliżu biegunów, pomogą potwierdzić obecność przewidywanej aktywności wulkanicznej.

„Perspektywa gorącego, skalistego wnętrza i aktywnych wulkanów na dnie oceanu Europy zwiększa szansę na to, że ocean ten mógłby być środowiskiem przyjaznym życiu” powiedział Robert Pappalardo z JPL (Jet Propulsion Laboratory), jeden z naukowców należących do projektu Europa Clipper. „Będziemy to w stanie przetestować za pomocą pomiarów, które wykona Europa Clipper, a to naprawdę ekscytująca perspektywa”.

Wizja artystyczna przedstawiająca sondę Europa Clipper na tle Europy – celu misji.

Więcej o samej misji

Misje takie jak Europa Clipper przyczyniają się do rozwoju astrobiologii, interdyscyplinarnych badań nad warunkami odległych światów i tym, czy życie, jakie znamy, mogłoby się tam rozwinąć. Chociaż Europa Clipper nie ma na celu znalezienia życia, to dane, jakie zbierze, pozwolą ustalić, czy podpowierzchniowy ocean Europy zapewnia właściwe warunki do rozwoju życia. Zrozumienie środowiska Europy pomoże też naukowcom ustalić, jak życie rozwijało się na Ziemi oraz czy i gdzie możemy je znaleźć poza naszą planetą.

Autor

Matylda Kołomyjec