رصيد الصورة: ناسا
يتزايد الدليل على أن يوروبا ، أحد أقمار المشتري ، به محيط مائي مغطى بطبقة من الجليد. يتكهن العلماء الآن حول مدى سماكة هذا الجليد عن طريق قياس حجم وعمق 65 حفرة أثرية على سطح القمر - مما يمكنهم قوله ، إنه 19 كيلومترًا. سيكون لسمك الجليد في أوروبا تأثير على إمكانية العثور على الحياة هناك: فالسميكة للغاية وضوء الشمس سيواجهان صعوبة في الوصول إلى الكائنات الحية الضوئية.
كشفت الخرائط والقياسات التفصيلية للحفر الأثرية على الأقمار الصناعية الجليدية الكبيرة للمشتري ، والتي تم الإبلاغ عنها في عدد 23 مايو 2002 من مجلة الطبيعة ، أن قشرة أوروبا الجليدية العائمة قد لا يقل سمكها عن 19 كيلومترًا. تشير هذه القياسات ، التي أجراها عالم الموظفين والجيولوجي الدكتور بول شينك ، في معهد هيوستن للقمر والكواكب ، إلى أنه سيتعين على العلماء والمهندسين تطوير وسائل جديدة وذكية للبحث عن الحياة في العالم المتجمد بداخله الدافئ.
مناظرة بيتزا أوروبا الكبرى: 'قشرة رقيقة أم قشرة سميكة؟'
تدعم الأدلة الجيولوجية والجيوفيزيائية من جاليليو فكرة وجود محيط مائي سائل تحت السطح الجليدي لأوروبا. يركز الجدل الآن على مدى سماكة هذه القشرة الجليدية. يمكن أن يذوب المحيط من خلال قشرة جليدية رقيقة لا يتجاوز سمكها بضعة كيلومترات ويعرض الماء وأي شيء يسبح فيه لأشعة الشمس (والإشعاع). يمكن أن تذوب قشرة جليدية رقيقة ، مما يعرض المحيط إلى السطح ، ويسهل وصول الكائنات الحية الضوئية إلى ضوء الشمس. من غير المرجح أن تذوب قشرة جليدية سميكة يبلغ سمكها عشرات الكيلومترات.
ما سبب أهمية سمك القشرة الجليدية في أوروبا؟
السماكة هي مقياس غير مباشر لمقدار تسخين المد والجزر الذي تحصل عليه أوروبا. تسخين المد والجزر مهم لتقدير كمية المياه السائلة في أوروبا وما إذا كان هناك نشاط بركاني في قاع بحر أوروبا ولكن يجب اشتقاقه ؛ لا يمكن قياسه. يتوافق التقدير الجديد لسمك 19 كيلومترًا مع بعض نماذج تسخين المد والجزر ، لكنه يتطلب الكثير من الدراسة الإضافية.
السماكة مهمة لأنها تتحكم في كيفية ومكان انتقال المواد المهمة بيولوجيًا في محيط أوروبا إلى السطح أو العودة إلى المحيط. لا يمكن لأشعة الشمس أن تخترق أكثر من بضعة أمتار في القشرة الجليدية ، لذلك تتطلب الكائنات الحية الضوئية سهولة الوصول إلى سطح أوروبا للبقاء على قيد الحياة. المزيد حول هذا الموضوع في وقت لاحق.
ستحدد السماكة أيضًا في النهاية كيف يمكننا استكشاف محيط أوروبا والبحث عن دليل على أي حياة أو كيمياء عضوية على أوروبا. لا يمكننا الحفر أو أخذ عينات من المحيط مباشرة من خلال هذه القشرة السميكة ويجب أن نطور طرقًا ذكية للبحث عن مواد المحيطات التي ربما تكون قد تعرضت على السطح.
كيف نقدر سمك القشرة الجليدية في أوروبا؟
تستند هذه الدراسة للحفر الصدمية على الأقمار الصناعية الجليدية الكبيرة في أوروبا إلى مقارنة تضاريس وتشكل فوهة الصدم على أوروبا مع تلك الموجودة على الأقمار الصناعية الجليدية الشقيقة جانيميد وكاليستو. قام دكتور شينك بقياس أكثر من 240 حفرة ، 65 منها في أوروبا ، باستخدام تحليل مجسم وطبوغرافي للصور التي تم الحصول عليها من مركبة الفضاء فوييجر وجاليليو التابعة لناسا. يدور جاليليو حاليًا حول كوكب المشتري ويتجه نحو الهبوط الأخير في كوكب المشتري في أواخر عام 2003. على الرغم من أنه يعتقد أن كلا من جانيميد وكاليستو يحتويان على محيطات مائية سائلة في الداخل ، إلا أنه يُستدل على أنهما عميقان نوعًا ما (حوالي 100-200 كيلومتر). هذا يعني أن معظم الحفر لن تتأثر بالمحيطات ويمكن استخدامها للمقارنة مع أوروبا ، حيث يكون عمق المحيط غير مؤكد ولكن من المحتمل أن يكون أقل عمقًا.
يعتمد تقدير سمك الغلاف الجليدي لأوروبا على ملاحظتين رئيسيتين. الأول هو أن أشكال الحفر الأكبر في أوروبا تختلف اختلافًا كبيرًا عن الحفر ذات الحجم المماثل في جانيميد وكاليستو. تظهر قياسات دكتور شينك أن الفوهات التي يبلغ قطرها 8 كيلومترات تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الموجودة في جانيميد أو كاليستو. ويرجع ذلك إلى دفء الجزء السفلي من القشرة الجليدية. قوة الجليد حساسة جدًا لدرجة الحرارة والجليد الدافئ ناعم ويتدفق بسرعة إلى حد ما (فكر في الأنهار الجليدية).
الملاحظة الثانية هي أن التشكل وشكل الفوهات في أوروبا يتغيران بشكل كبير حيث تتجاوز أقطار الحفرة 30 كيلومترًا تقريبًا. يبلغ عمق الحفر الأصغر من 30 كيلومترًا عدة مئات من الأمتار ولها حواف ورافعات مركزية يمكن التعرف عليها (هذه هي السمات القياسية للحفر الصدمية). بويل ، فوهة بركان يبلغ قطرها 27 كيلومترًا ، هي واحدة من أكبر هذه الفوهات.
من ناحية أخرى ، لا تحتوي الفوهات في أوروبا التي يزيد حجمها عن 30 كيلومترًا على حواف أو رافعات ولديها تعبير طوبوغرافي ضئيل. بدلا من ذلك فهي محاطة بمجموعات من الأحواض والتلال متحدة المركز. تشير هذه التغييرات في التشكل والتضاريس إلى تغير أساسي في خصائص القشرة الجليدية لأوروبا. التغيير الأكثر منطقية هو من صلب إلى سائل. من المحتمل أن تكون الحلقات متحدة المركز في فوهات أوروبا الكبيرة ناتجة عن الانهيار بالجملة لأرضية الفوهة. مع انهيار الحفرة العميقة في الأصل ، تندفع المادة الكامنة وراء القشرة الجليدية لملء الفراغ. تسحب هذه المادة المتدفقة القشرة السطحية فتكسرها وتشكل الحلقات متحدة المركز المرصودة.
من أين تأتي قيمة 19 إلى 25 كيلومترًا؟
تتغلغل الحفر ذات التأثير الأكبر بشكل أعمق في قشرة الكوكب وتكون حساسة للخصائص الموجودة في تلك الأعماق. أوروبا ليست استثناء. المفتاح هو التغيير الجذري في الشكل والشكل عند قطر فوهة البركان بحوالي 30 كيلومترًا. لاستخدام هذا ، يجب علينا تقدير حجم الحفرة الأصلية وكيف يجب أن تكون الطبقة السائلة ضحلة قبل أن تؤثر على الشكل النهائي للحفرة التي أحدثتها الصدمة. هذا مشتق من الحسابات العددية والتجارب المعملية في ميكانيكا التأثير. هذا؟ نموذج انهيار الحفرة؟ ثم يتم استخدامه لتحويل قطر الانتقال الملحوظ إلى سمك للطبقة. ومن ثم ، فإن الحفر التي يبلغ عرضها 30 كيلومترًا تستشعر أو تكشف طبقات بعمق يتراوح بين 19 و 25 كيلومترًا.
ما مدى تأكيد هذه التقديرات لسماكة قشرة الجليد في أوروبا؟
هناك بعض عدم اليقين في السماكة الدقيقة باستخدام هذه التقنيات. هذا يرجع في الغالب إلى عدم اليقين في تفاصيل ميكانيكا تأثير الحفر ، والتي يصعب تكرارها في المختبر. ربما تتراوح نسبة عدم اليقين بين 10 و 20٪ فقط ، ومع ذلك ، يمكننا أن نكون على يقين بشكل معقول من أن قشرة أوروبا الجليدية ليست بسماكة بضعة كيلومترات.
هل يمكن أن تكون القشرة الجليدية أرق في الماضي؟
هناك دليل في تضاريس الحفرة على أن سمك الجليد على جانيميد قد تغير بمرور الوقت ، وقد يكون الأمر نفسه صحيحًا بالنسبة إلى أوروبا. تقدير سمك القشرة الجليدية من 19 إلى 25 كيلومترًا وثيق الصلة بالسطح الجليدي الذي نراه الآن على أوروبا. يقدر هذا السطح بحوالي 30 إلى 50 مليون سنة أو نحو ذلك. تم تدمير معظم المواد السطحية الأقدم من ذلك بسبب التكتونية والظهور. قد تكون هذه القشرة الجليدية الأقدم أرق من القشرة الحالية ، لكن ليس لدينا أي وسيلة لمعرفة ذلك.
هل يمكن أن تحتوي القشرة الجليدية على أوروبا على بقع رقيقة الآن؟
كانت الفوهات الصدمية التي درسها الدكتور شينك مبعثرة عبر سطح أوروبا. هذا يشير إلى أن قشرة الجليد سميكة في كل مكان. قد تكون هناك مناطق محلية تكون فيها القشرة رقيقة بسبب ارتفاع تدفق الحرارة. لكن الجليد في قاعدة القشرة دافئ للغاية وكما نرى في الأنهار الجليدية هنا على الأرض ، يتدفق الجليد الدافئ بسرعة إلى حد ما. نتيجة لذلك ، أي 'ثقوب'؟ في القشرة الجليدية في أوروبا تمتلئ بسرعة عن طريق تدفق الجليد.
هل يعني وجود قشرة جليدية سميكة أنه لا توجد حياة على أوروبا؟
لا! بالنظر إلى قلة ما نعرفه عن أصول الحياة والظروف داخل أوروبا ، لا تزال الحياة معقولة. يعد الوجود المحتمل للمياه تحت الجليد أحد المكونات الرئيسية. تجعل القشرة الجليدية السميكة عملية التمثيل الضوئي أمرًا مستبعدًا على أوروبا. لن يكون للكائنات وصول سريع أو سهل إلى السطح. إذا كان بإمكان الكائنات الحية داخل أوروبا البقاء على قيد الحياة بدون ضوء الشمس ، فإن سمك القشرة يكون ذا أهمية ثانوية فقط. بعد كل شيء ، الكائنات الحية تعمل بشكل جيد في قاع محيطات الأرض بشكل جيد للغاية دون ضوء الشمس ، والبقاء على قيد الحياة على الطاقة الكيميائية. قد يكون هذا صحيحًا على أوروبا إذا كان من الممكن للكائنات الحية أن تنشأ في هذه البيئة في المقام الأول.
ثم أيضًا ، ربما كانت قذيفة أوروبا الجليدية أرق كثيرًا في الماضي البعيد ، أو ربما لم تكن موجودة في وقت ما وكان المحيط مكشوفًا للفضاء. إذا كان هذا صحيحًا ، فيمكن أن تتطور مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، اعتمادًا على الكيمياء والوقت. إذا بدأ المحيط بالتجمد ، يمكن للكائنات الحية أن تتطور بعد ذلك إلى أي بيئات تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة ، مثل البراكين في قاع المحيط (إذا تشكلت البراكين على الإطلاق).
هل يمكننا استكشاف الحياة على أوروبا إذا كانت قشرة الجليد سميكة؟
إذا كانت القشرة سميكة بالفعل ، فإن الحفر أو الذوبان في الجليد باستخدام الروبوتات المقيدة سيكون غير عملي! ومع ذلك ، يمكننا البحث عن كيمياء المحيطات العضوية أو الحياة في مواقع أخرى. سيكون التحدي بالنسبة لنا هو ابتكار إستراتيجية ذكية لاستكشاف أوروبا لا تلوث ما هو موجود حتى الآن. يحد احتمال وجود قشرة جليدية سميكة من عدد المواقع المحتملة التي قد نجد فيها مواد محيطية مكشوفة. على الأرجح ، سيتعين دمج مادة المحيطات في شكل فقاعات أو جيوب صغيرة أو كطبقات داخل الجليد تم إحضارها إلى السطح بوسائل جيولوجية أخرى. يمكن أن تفعل ذلك ثلاث عمليات جيولوجية:
1. تقوم الفوهات الصدمية بحفر مادة القشرة الأرضية من الأعماق وإخراجها إلى السطح ، حيث قد نلتقطها (قبل 50 عامًا ، كان بإمكاننا التقاط شظايا نيزك حديدي على جوانب فوهة النيزك في ولاية أريزونا ، ولكن تم العثور على معظمها الآن ). لسوء الحظ ، أكبر حفرة معروفة في أوروبا ، صور ، حفرت من عمق 3 كيلومترات فقط ، وهي ليست عميقة بما يكفي للاقتراب من المحيط (بسبب الهندسة والميكانيكا ، تنقب الفوهات من الجزء العلوي من الحفرة ، وليس من الجزء السفلي). إذا تم تجميد جيب أو طبقة من مادة المحيط في القشرة على عمق ضحل ، فقد يتم أخذ عينات منها بواسطة فوهة صدمية. في الواقع ، أرضية صور لها لون برتقالي أكثر قليلاً من القشرة الأصلية. ومع ذلك ، فقد شاهد جاليليو ما يقرب من نصف يوروبا جيدًا ، لذلك قد تكون هناك فوهة بركان أكبر على الجانب السيئ الرؤية. سيتعين علينا العودة لمعرفة ذلك.
2. هناك دليل قوي على أن القشرة الجليدية يوروبا غير مستقرة إلى حد ما وأنها كانت (أو هي) تحمل الحمل الحراري. هذا يعني أن النقط من مادة القشرة العميقة ترتفع لأعلى باتجاه السطح حيث تتعرض أحيانًا كقباب بعرض عدة كيلومترات (فكر في مصباح الحمم ، باستثناء أن النقط عبارة عن مادة صلبة ناعمة مثل معجون سخيف). يمكن بعد ذلك أن تتعرض أي مادة محيطية مغروسة داخل القشرة السفلية للسطح. قد تستغرق هذه العملية آلاف السنين ، والتعرض لإشعاع المشتري القاتل سيكون غير ودي على أقل تقدير! لكن يمكننا على الأقل التحقيق وأخذ عينات من ما تبقى وراءنا.
3. إعادة تسطيح مساحات واسعة من سطح أوروبا حيث تمزق القشرة الجليدية وانقسامها. هذه المناطق ليست فارغة ولكن تم ملؤها بمواد جديدة من الأسفل. لا يبدو أن هذه المناطق قد غمرتها مواد المحيطات ، ولكن بسبب الجليد الدافئ الناعم من قاع القشرة. على الرغم من ذلك ، فمن المحتمل جدًا أن توجد مادة محيطية داخل هذه المادة القشرية الجديدة.
لا يزال فهمنا لسطح أوروبا وتاريخها محدودًا للغاية. يمكن أن تحدث عمليات غير معروفة تؤدي إلى ظهور مواد المحيطات على السطح ، ولكن العودة إلى أوروبا فقط هي التي ستخبرنا بذلك.
ماذا بعد يوروبا؟
مع الإلغاء الأخير لـ Europa Orbiter المقترح بسبب تجاوز التكاليف ، فهذا هو الوقت المناسب لإعادة فحص إستراتيجيتنا لاستكشاف محيط أوروبا. تعتبر الغواصات المربوطة ومسبارات الحفر العميقة غير عملية إلى حد ما في مثل هذه القشرة العميقة ، ولكن يمكن أن تكون أجهزة الإنزال السطحية مهمة للغاية مع ذلك. قبل أن نرسل مركبة هبوط إلى السطح ، يجب أن نرسل مهمة استطلاع ، إما في كوكب المشتري أو مدار أوروبا ، للبحث عن التعرض لمواد المحيطات والبقع الرقيقة في القشرة الأرضية ، واستكشاف أفضل مواقع الهبوط. ستستفيد مثل هذه المهمة من إمكانات رسم الخرائط بالأشعة تحت الحمراء المحسّنة إلى حد كبير لتحديد المعادن (بعد كل شيء ، يبلغ عمر أدوات جاليليو ما يقرب من 25 عامًا). سيتم استخدام أدوات الستيريو والليزر لرسم الخرائط الطبوغرافية. جنبًا إلى جنب مع دراسات الجاذبية ، يمكن استخدام هذه البيانات للبحث عن مناطق رقيقة نسبيًا من القشرة الجليدية. أخيرًا ، لاحظ جاليليو أقل من نصف يوروبا في درجات دقة كافية لرسم الخرائط ، بما في ذلك الحفر الناتجة عن الاصطدام. على سبيل المثال ، يمكن أن تشير الفوهات الموجودة في نصف الكرة الأرضية السيء الرؤية إلى ما إذا كانت قشرة أوروبا الجليدية أرق في الماضي.
هبوط لأوروبا؟
يمكن لمركب هبوط مزود بمقياس زلازل أن يستمع إلى زلازل أوروبا الناتجة عن قوى المد والجزر اليومية التي يمارسها كوكب المشتري وآيو. يمكن استخدام الموجات الزلزالية لرسم خريطة دقيقة للعمق لقاع القشرة الجليدية ، وربما قاع المحيط أيضًا. عندئذٍ يبحث المحللون الكيميائيون على متن الطائرة عن الجزيئات العضوية أو أدوات التتبع البيولوجية الأخرى ويحتمل أن يحددوا كيمياء المحيطات ، وهي أحد المؤشرات الأساسية لآفاق أوروبا باعتبارها 'مأهولة'. كوكب. قد يحتاج المسبار هذا إلى حفر عدة أمتار لاجتياز منطقة الضرر الإشعاعي على السطح. فقط بعد بدء هذه المهمات يمكننا أن نبدأ الاستكشاف الحقيقي لهذا القمر بحجم كوكب محير. لإعادة صياغة مونتي بايثون ، 'لم يمت بعد!'
المصدر الأصلي: بيان صحفي USRA