Grubość pokrywy lodowej Europy zmierzona

Sonda Juno wykonała ważne pomiary.

Misja Juno (JUpiter Near-polar Orbiter) jest drugą sondą w historii, która weszła na orbitę największej planety naszego Układu Słonecznego. Start z Ziemi nastąpił w 2011 roku, a po trwającym pięć lat locie, w 2016 Juno weszła na orbitę Jowisza. Początkowo sonda miała krążyć po docelowej orbicie o czasie 14 dni, jednakże wskutek błędu silnika manewrowego postanowiono pozostawić sondę na pierwotnej orbicie. Juno krąży więc po eliptycznej orbicie polarnej wokół Jowisza, zbliżając się raz na 53 dni do szczytów chmur tego gazowego giganta. Podczas każdego z przelotów minimalna wysokość nad chmurami wynosi zaledwie kilka tysięcy kilometrów. W trakcie przelotów w pobliżu Jowisza możliwe są przeloty obok jednego z księżyców tego gazowego giganta – w tym zagadkowej Europy.

Księżyc Europa od dekad rozpala wyobraźnię naukowców. Dyskusje przede wszystkim dotyczą możliwości wykrycia życia na Europie, ale niektóre także porównują ten (i inne) księżyce Jowisza do innych gazowych gigantów – m.in. w kwestii potencjalnego rozwoju cywilizacji technicznych.

Dziś jest już niemal pewne, że pod lodową skorupą Europy – jednego z czterech dużych księżyców Jowisza – znajduje się ocean głęboki na kilkadziesiąt kilometrów. Jest nawet możliwe,  że na powierzchni Europy występują gejzery, choć wciąż nie jest to bezsprzecznie udowodnione. Jest też możliwe, że na dnie europejskiego wszechoceanu znajdują się wulkany.

Grupa i spękana skorupa lodowa?

Pod koniec września 2022 sonda Juno przeleciała zaledwie 360 nad powierzchnią Europy. Dzięki danym z instrumentu Microwave Radiometer (MWR) zainstalowanym na Juno udało się ustalić grubość pokrywy lodowej Europy. Wyliczenia sugerują, że zewnętrzna, chłodna i “twarda” część skorupy powinna mieć grubość około 29 km w regionie pomiarów sondy Juno. Co ciekawe, jeśli w tej warstwie skorupy znajdzie się rozpuszczona sól (co sugerują niektóre modele), wówczas grubość tej warstwy może być o około 5 km mniejsza.

Poniżej tej warstwy może się znajdować “cieplejsza” warstwa pokrywy lodowej. Łączna grubość warstwy lodowej może być więc większa od wspomnianych 29 km. Oznacza to, że ścieżka dotarcia “z zewnątrz” materiałów, w tym materii organicznej oraz tlenu jest dość długa.

Co ciekawe, przynajmniej w części w pobliżu powierzchni Europy, znajdują się spękania, pory, otwarte przestrzenie. Wstępne szacunki to rozmiary tych spękań nie większe niż kilkanaście centymetrów, sięgające do głębokości do kilkuset metrów od powierzchni Europy. Na bardziej dokładne pomiary trzeba poczekać do kolejnych misji.

Choć misja sondy Juno miała się zakończyć pod koniec 2025 roku – NASA nie przekazała żadnych informacji na ten temat. Co ciekawe, w najnowszym doniesieniu NASA poinformowała, że 25 lutego 2026 sonda Juno wykona już 81. przelot w pobliżu Jowisza. Oznacza to, że misja Juno nadal trwa!

Czy uda się przebić przez skorupę lodową Europy?

Aby przebić się przez lodową skorupę Europy, która ma szacowaną grubość rzędu 30 km, potrzebny byłby obiekt o dużej średnicy – o średnicy rzędu kilku lub kilkunastu kilometrów. Gdyby obiekt uderzający poruszał się z ekstremalną prędkością, rzędu dziesiątek kilometrów na sekundę, obiekt o szerokości około pięciu kilometrów mógłby wystarczyć.

Takie zdarzenia są niezwykle rzadkie. Drobne uderzenia, które powodują powstawanie mniejszych kraterów na Europie co kilka milionów lat, nie docierają jednak nawet do podpowierzchniowego oceanu. Uderzenia na tyle duże, że mogą spowodować poważne pęknięcie lodu, mogą zdarzać się raz na kilkaset milionów lat. Prawdziwe uderzenie przebijające lód, zdolne do bezpośredniego dotarcia do oceanu, zdarza się prawdopodobnie tylko raz na miliard lat. Oznacza to, że księżyc Europa doświadczyła prawdopodobnie zaledwie do kilkunastu takich zdarzeń w całej swojej historii liczącej 4,5 miliarda lat, a prawdopodobnie żadnego od czasu uformowania się obecnej powierzchni księżyca.

Co by się stało, gdyby kilkunasto-kilometrowy obiekt uderzyłby w Europę? Lód i skały w miejscu uderzenia zostaną gwałtownie wydrążone, a na krótką chwilę podpowierzchniowy ocean może zostać wystawiony na działanie próżni kosmicznej. Ciekła woda zamieniłaby się w parę i lód, tworząc ogromny pióropusz i chmurę materii. Jednak to otwarte połączenie nie trwałoby długo. Otwór na powierzchni zamarzłby w ciągu kilku godzin lub, co najwyżej, kilku dni zaś ściany krateru mogłyby jeszcze szybciej zapaść do wewnątrz.

Długoterminowe skutki takiego impaktu byłyby skryte pod powierzchnią. Uderzenie wygenerowałoby ogromne ilości stopionego lodu i spękanego materiału pod kraterem, potencjalnie tworząc tymczasowe kanały lub jamy łączące podpowierzchniwy ocean z płytszymi warstwami. Ponieważ lód w pobliżu dna skorupy jest stosunkowo ciepły, a nagrzewanie pływowe stale dodaje energii, te podpowierzchniowe strefy topnienia mogłyby utrzymywać się latami, stuleciami, a nawet tysiącami lat, zanim ostatecznie zamarzłyby na stałe. W jeszcze dłuższych okresach czasu miejsce uderzenia mogłoby pozostać strukturalnie słabe, tworząc “chaotyczny” teren, który przetrwałby miliony lat – lub dłużej.

Europa Clipper i JUICE doprecyzują odpowiedź

W kierunku Jowisza – i jego wielu księżyców – podążąją właśnie dwie sondy kosmiczne. Jedną z nich jest amerykańska Europa Clipper, która dotrze do celu w kwietniu 2030, zaś drugą europejska JUICE, która dotrze do układu Jowisza w lipcu 2031. Obie sondy będą obserwować także Europę.

Enceladus – cieńsza skorupa lodowa

Wokół Saturna krąży mniejszy księżyc od Europy – Enceladus. Ten księżyc został kilka razy zbadany przez sondę Cassini (misja Cassini trwała do września 2017 roku). Łącznie sonda wykonała 22 przeloty nad Enceladusem (ostatni z nich – 19 grudnia 2015). Podczas przelotu z 28 października 2015 sonda Cassini zbliżyła się na odległość zaledwie 50 km nad południowym biegunem tego księżyca. Ten i inne przeloty pozwoliły m.in. na ustalenie, że zaledwie 5 km pod lodową skorupą Enceladusa znajduje się woda w stanie ciekłym, a łącznie gejzerów jest niemal sto. Udało się także ustalić, że ocean na Enceladusie ma charakter globalny. Głębokość oceanu na tym księżycu szacowana jest na około 25 – 75 km. Co więcej – sonda Cassini przeleciała przez materię z gejzerów Enceladusa, co pozwoliło na wykrycie m.in. fosforanów.

Sonda Galileo wykrywa amoniak

To nie jedyne ostatnie doniesienia dotyczące księżyca Europa. W danych z sondy Galileo, która w latach 1995 – 2003 krążyła wokół Jowisza, znalazła się detekcja amoniaku na powierzchni Europy. Ściślej mowa tu o amoniakalnych związkach chemicznych. Co ciekawe, słabe sygnatury amoniaku znaleziono w kilku miejscach w pobliżu słynnych pęknięć zewnętrznej skorupy lodowej Europy. Co ważne, w wielu podobnych miejscach nie znaleziono sygnatury amoniaku.

Amoniak i związki amoniakalne szybko się rozpadają w warunkach kosmicznych, wyeksponowane na próżnię i m.in. promieniowanie UV. Oznacza to, że być może zostały “wydobyte” z głębszych warstw lodu. Nie jest jednak wiadome, czy to “wydobycie” mogło pochodzić aż z oceanu ciekłej wody. Niemniej jednak to ważne odkrycie, które wskazuje, że na Europie jest ważny związek chemiczny, który także obniża temperaturę krzepnięcia wody.

Misja Juno jest komentowana w wątku na Polskim Forum Astronautycznym.

Ważne: artykuł chroniony prawem autorskim, co oznacza że wszelkie prawa, w tym Autorów i Wydawcy są zastrzeżone. Zabronione jest dalsze rozpowszechnianie tego artykułu w jakiejkolwiek formie bez pisemnej zgody ze strony właściciela serwisu Kosmonauta.net – firmy Blue Dot Solutions. Napisz do nas wiadomość z prośbą o wykorzystanie. Niniejsze ograniczenia dotyczą także współpracujących z nami serwisów.

(NASA)