حقوق الصورة: ناسا
يتزايد الدليل على أن يوروبا ، أحد أقمار المشتري ، لديه محيط من الماء مغطى بغطاء من الجليد. يتكهن العلماء الآن بمدى سمك هذا الجليد من خلال قياس حجم وعمق 65 فوهة ارتطام على سطح القمر - من ما يمكن أن يقولوه ، يبلغ 19 كم. سيكون لسماكة جليد أوروبا تأثير على إمكانية العثور على الحياة هناك: كثيف جدًا وضوء الشمس سيواجهان صعوبة في الوصول إلى الكائنات الضوئية.
تبين الخرائط والقياسات التفصيلية لحفر الصدمات على الأقمار الصناعية الجليدية الكبيرة للمشتري ، التي تم الإبلاغ عنها في 23 مايو 2002 ، من مجلة Nature ، أن الغلاف الجليدي العائم في أوروبا قد يكون بسمك 19 كم على الأقل. تشير هذه القياسات ، التي قام بها عالم الأركان 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 من الداخل الدافئ.
مناظرة بيتزا أوروبا الكبرى: "قشرة رقيقة أم قشرة سميكة؟"
تدعم الأدلة الجيولوجية والجيوفيزيائية من غاليليو فكرة وجود محيط من الماء السائل تحت السطح الجليدي ليوروبا. يتركز الجدل الآن حول مدى سمك هذه القشرة الجليدية. يمكن أن يذوب المحيط من خلال قشرة جليدية رفيعة لا يتجاوز سمكها بضعة كيلومترات ، مما يعرض الماء وأي شيء يسبح فيه لأشعة الشمس (والإشعاع). يمكن أن تذوب القشرة الجليدية الرقيقة من خلال تعريض المحيط للسطح ، ومنح وصول سهل للكائنات الضوئية إلى ضوء الشمس. من غير المحتمل أن تذوب القشرة الجليدية السميكة التي يبلغ سمكها عشرات الكيلومترات.
لماذا سمك القشرة الجليدية في أوروبا مهم؟
السمك هو مقياس غير مباشر لكمية المد والجزر التي تحصل عليها أوروبا. تسخين المد والجزر مهم لتقدير كمية الماء السائل في أوروبا وما إذا كان هناك بركانية في قاع بحر أوروبا ولكن يجب أن تكون مشتقة ؛ لا يمكن قياسه. يتوافق التقدير الجديد لسمك 19 كيلومترًا مع بعض نماذج تسخين المد والجزر ، ولكنه 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 لضوء الشمس أن يخترق أكثر من بضعة أمتار داخل القشرة الجليدية ، لذلك تتطلب الكائنات الحية الضوئية الوصول بسهولة إلى سطح أوروبا للبقاء على قيد الحياة. المزيد حول هذا الموضوع في وقت لاحق.
سيحدد السمك أيضًا في النهاية كيف يمكننا استكشاف محيط يوروبا والبحث عن أدلة على أي حياة أو كيمياء عضوية على يوروبا. لا يمكننا حفر المحيطات أو أخذ عينات منها مباشرة من خلال مثل هذه القشرة السميكة ويجب علينا تطوير طرق ذكية للبحث عن مواد المحيط التي ربما تكون قد تعرضت للسطح.
كيف نقدر سمك القشرة الجليدية في أوروبا؟
تستند هذه الدراسة لحفر الصدمات على الأقمار الصناعية الجليدية الجليدية الكبيرة في أوروبا على مقارنة تضاريس ومورفولوجيا الحفرة الصدمية في أوروبا مع تلك الموجودة على أقمارها الشقيقة الجليدية جانيميد وكاليستو. قام الدكتور شينك بقياس أكثر من 240 حفرة ، 65 منها على أوروبا ، باستخدام التحليل المجسم والطوبوغرافي للصور التي تم الحصول عليها من المركبة الفضائية ناسا فوييجر وغاليليو. جاليليو يدور حاليًا حول المشتري ويتجه نحو الغطس النهائي في المشتري في أواخر عام 2003. على الرغم من أن كلا من جانيميد وكاليستو يعتقد أنهما يملكان محيطات مائية سائلة ، إلا أنهما يستنتجان أيضًا أن تكون عميقة إلى حد ما (حوالي 100-200 كيلومتر). وهذا يعني أن معظم الحفر لن تتأثر بالمحيطات ويمكن استخدامها للمقارنة مع أوروبا ، حيث عمق المحيط غير مؤكد ولكن من المرجح أن يكون أكثر ضحالة.
يعتمد تقدير سمك القشرة الجليدية في أوروبا على ملاحظتين رئيسيتين. الأول هو أن أشكال فوهات يوروبا الأكبر تختلف بشكل كبير عن الفوهات ذات الحجم المماثل في جانيميد وكاليستو. تظهر قياسات د. شينك أن الحفر التي يبلغ عرضها 8 كيلومترات تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الموجودة في جانيميد أو كاليستو. هذا بسبب دفء الجزء السفلي من القشرة الجليدية. قوة الثلج حساسة جدًا لدرجة الحرارة والثلج الدافئ ناعم ويتدفق بسرعة إلى حد ما (فكر في الأنهار الجليدية).
الملاحظة الثانية هي أن مورفولوجيا وشكل الفوهات في أوروبا يتغير بشكل كبير حيث تتجاوز أقطار الحفرة 30 كيلومترًا تقريبًا. فوهات أصغر من 30 كيلومترًا بعمق عدة مئات من الأمتار ولديها حافات يمكن التعرف عليها ورفع مركزي (هذه هي الميزات القياسية لحفر الصدم). Pwyll ، فوهة البركان 27 كيلومتر ، هي واحدة من أكبر هذه الحفر.
ومن ناحية أخرى ، فإن الحفر على أوروبا التي يزيد طولها عن 30 كيلومترًا ، ليس لها حافات أو رافعات ، ولها تعبير طبوغرافي لا يذكر. وبدلاً من ذلك فهي محاطة بمجموعات من أحواض وحواف متحدة المركز. تشير هذه التغييرات في المورفولوجيا والتضاريس إلى تغيير جوهري في خصائص القشرة الجليدية في أوروبا. التغيير الأكثر منطقية من الصلبة إلى السائلة. ربما تكون الحلقات المتراكزة في الحفر الأوروبية الكبيرة بسبب الانهيار بالجملة لأرضية الحفرة. عندما تنهار حفرة الحفرة العميقة في الأصل ، تندفع المادة الكامنة وراء القشرة الجليدية لملء الفراغ. تسحب هذه المادة المتدفقة على القشرة المتراكبة ، وتكسرها وتشكل حلقات متحدة المركز الملاحظة.
من أين تأتي قيمة 19 إلى 25 كيلومترًا؟
تخترق الحفر ذات التأثير الأكبر عمقًا أكبر في قشرة الكوكب وتكون حساسة للخصائص في تلك الأعماق. يوروبا ليست استثناء. المفتاح هو التغيير الجذري في المورفولوجيا والشكل عند قطر فوهة البركان ~ 30 كيلومتر. لاستخدام هذا ، يجب أن نقدر حجم الحفرة الأصلية وكيف يجب أن تكون الطبقة السائلة ضحلة قبل أن تؤثر على الشكل النهائي لحفرة الصدم. هذا مشتق من الحسابات العددية والتجارب المخبرية في ميكانيكا التأثير. هذا؟ نموذج انهيار حفرة؟ ثم يستخدم لتحويل قطر الانتقال الملحوظ إلى سمك للطبقة. ومن ثم ، فإن الحفر التي يبلغ عرضها 30 كيلومترًا تستشعر أو تكتشف طبقات بعمق 19-25 كيلومترًا.
ما مدى تأكد هذه التقديرات من سمك القشرة الجليدية في أوروبا؟
هناك بعض عدم اليقين في السماكة الدقيقة باستخدام هذه التقنيات. ويرجع ذلك في الغالب إلى عدم اليقين في تفاصيل ميكانيكا الحرائق الصدمية ، والتي يصعب تكرارها في المختبر. من المحتمل أن تتراوح نسبة عدم اليقين بين 10 و 20٪ فقط ، لذا يمكننا أن نكون على يقين من أن غلاف يوروبا الجليدي لا يبلغ سمكه بضعة كيلومترات.
هل كان من الممكن أن يكون غلاف الثلج أرق في الماضي؟
هناك أدلة في تضاريس الحفرة على أن سمك الجليد على جانيميد قد تغير بمرور الوقت ، وقد ينطبق الشيء نفسه على أوروبا. التقدير لسمك القشرة الجليدية من 19 إلى 25 كيلومترًا ذو صلة بالسطح الجليدي الذي نراه الآن في أوروبا. وقد قدر هذا السطح بما يتراوح بين 30 و 50 مليون سنة أو نحو ذلك. تم تدمير معظم المواد السطحية الأقدم من ذلك بسبب التكتونية وإعادة التسطيح. هذه القشرة الجليدية القديمة كان يمكن أن تكون أرق من قشرة اليوم ، لكن في الوقت الحاضر ليس لدينا طريقة لمعرفة.
هل يمكن أن يكون للقشرة الجليدية على يوروبا نقاط رقيقة الآن؟
كانت فوهات الصدم التي درسها الدكتور شينك مبعثرة عبر سطح أوروبا. هذا يشير إلى أن القشرة الجليدية سميكة في كل مكان. قد تكون هناك مناطق محلية تكون فيها القشرة رقيقة بسبب ارتفاع تدفق الحرارة. لكن الجليد الموجود في قاعدة الصدفة دافئ جدًا ، وكما نرى في الأنهار الجليدية هنا على الأرض ، يتدفق الجليد الدافئ بسرعة إلى حد ما. ونتيجة لذلك ، أي؟ ثقوب؟ في قشرة الجليد في أوروبا سيتم ملؤها بسرعة عن طريق تدفق الجليد.
هل تعني القشرة الجليدية السميكة أنه لا توجد حياة في أوروبا؟
لا! نظرًا لقلة معرفتنا بأصول الحياة والظروف داخل أوروبا ، لا تزال الحياة معقولة. إن الوجود المحتمل للماء تحت الجليد هو أحد المكونات الرئيسية. إن القشرة الجليدية السميكة تجعل التمثيل الضوئي غير مرجح إلى حد كبير في أوروبا. لن تتمكن الكائنات الحية من الوصول السريع أو السهل إلى السطح. إذا تمكنت الكائنات الحية داخل يوروبا من البقاء بدون أشعة الشمس ، فإن سمك القشرة له أهمية ثانوية فقط. بعد كل شيء ، فإن الكائنات الحية تعمل بشكل جيد في قاع محيطات الأرض بشكل جيد دون أشعة الشمس ، حيث تعيش على الطاقة الكيميائية. يمكن أن يكون هذا صحيحًا في أوروبا إذا كان من الممكن للكائنات الحية أن تنشأ في هذه البيئة في المقام الأول.
بعد ذلك أيضًا ، كان يمكن أن يكون غلاف يوروبا الجليدي أرق كثيرًا في الماضي البعيد ، أو ربما لم يكن موجودًا في وقت ما وكان المحيط مكشوفًا إلى الفضاء. إذا كان هذا صحيحًا ، فيمكن أن تتطور مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، اعتمادًا على الكيمياء والوقت. إذا بدأ المحيط في التجمد ، يمكن للكائنات الحية أن تتطور إلى أي بيئة تسمح لها بالبقاء ، مثل البراكين في قاع المحيط (إذا تشكلت البراكين على الإطلاق).
هل يمكننا استكشاف الحياة على أوروبا إذا كانت القشرة الجليدية سميكة؟
إذا كانت القشرة سميكة بالفعل ، فإن الحفر أو الذوبان في الجليد باستخدام الروبوتات المربوطة سيكون غير عملي! ومع ذلك ، يمكننا البحث عن كيمياء المحيطات العضوية أو الحياة في مواقع أخرى. سيكون التحدي هو أن نبتكر استراتيجية ذكية لاستكشاف أوروبا لن تلوث ما هو موجود حتى الآن. يحد احتمال وجود قشرة جليدية سميكة من عدد المواقع المحتملة حيث قد نجد مواد محيطية مكشوفة. على الأرجح ، يجب أن تكون المواد المحيطية مدمجة كفقاعات صغيرة أو جيوب أو كطبقات داخل الجليد التي تم جلبها إلى السطح بوسائل جيولوجية أخرى. يمكن لثلاث عمليات جيولوجية القيام بذلك:
1. تقوم الحفر الأثرية بحفر المواد القشرية من العمق وإخراجها على السطح ، حيث يمكننا التقاطها (قبل 50 عامًا يمكننا التقاط شظايا النيزك الحديدي على جوانب Meteor Crater في أريزونا ، ولكن تم العثور على معظمها حتى الآن ). لسوء الحظ ، أكبر حفرة معروفة في يوروبا ، صور ، تم حفر المواد من عمق 3 كيلومترات فقط ، وليس عمقًا كافيًا للاقتراب من المحيط (بسبب الهندسة والميكانيكا ، تنقب الحفر من الجزء العلوي من الحفرة ، وليس الأسفل). إذا تم تجميد جيب أو طبقة من مواد المحيطات في القشرة على عمق ضحل ، فقد يتم أخذ عينات منها بواسطة حفرة ارتطام. في الواقع ، أرضية صور لها لون برتقالي أكثر قليلاً من القشرة الأصلية. ومع ذلك ، رأى غاليليو جيدًا نصف أوروبا تقريبًا ، لذلك قد تكون هناك حفرة أكبر على الجانب غير المرئي. سيتعين علينا العودة لمعرفة ذلك.
2. هناك أدلة قوية على أن غلاف يوروبا الجليدي غير مستقر إلى حد ما وأنه كان (أو هو) ينقل. وهذا يعني أن النقط من مادة القشرة العميقة ترتفع إلى أعلى نحو السطح حيث تتعرض أحيانًا على شكل قباب بعرض عدة كيلومترات (فكر في لافا لامب ، باستثناء أن النقط هي مادة صلبة ناعمة مثل المعجون السخيف). يمكن بعد ذلك أن تتعرض أي مادة محيطية مدمجة في القشرة السفلية إلى السطح. قد تستغرق هذه العملية آلاف السنين ، وسيكون التعرض لإشعاع المشتري القاتل غير ودي على أقل تقدير! ولكن على الأقل يمكننا أن نستقصي ونأخذ بعين الاعتبار ما تبقى من وراء.
3. إعادة طلاء مساحات واسعة من سطح أوروبا حيث تمزق القشرة الجليدية حرفيا وانفصلت. هذه المناطق ليست فارغة ولكن تم ملؤها بمواد جديدة من الأسفل. لا يبدو أن هذه المناطق قد غمرتها مادة المحيطات ، ولكن بالجليد الدافئ الناعم من قشرة القشرة. على الرغم من ذلك ، من الممكن جدًا العثور على المواد المحيطية داخل هذه المواد القشرية الجديدة.
لا يزال فهمنا لسطح أوروبا وتاريخها محدودًا جدًا. يمكن أن تحدث عمليات غير معروفة تجلب مواد المحيط إلى السطح ، ولكن العودة إلى أوروبا فقط هي التي ستخبرنا.
ماذا بعد ليوروبا؟
مع الإلغاء الأخير لمركبة يوروبا المقترحة بسبب تجاوز التكاليف ، هذا هو الوقت المناسب لإعادة النظر في استراتيجيتنا لاستكشاف محيط أوروبا. الغواصات المربوطة ومسبارات الحفر العميق غير عملية إلى حد ما في مثل هذه القشرة العميقة ، ولكن يمكن أن تكون مهبطات السطح مهمة للغاية. قبل أن نرسل مركبة إنزال إلى السطح ، يجب أن نرسل مهمة استطلاع ، سواء في مدار المشتري أو مدار أوروبا ، للبحث عن التعرض لمواد المحيطات والبقع الرقيقة في القشرة ، واستكشاف أفضل مواقع الهبوط. ستستفيد مثل هذه المهمة من قدرات رسم الخرائط بالأشعة تحت الحمراء المحسنة بشكل كبير لتحديد المعادن (بعد كل شيء ، يبلغ عمر أدوات جاليليو ما يقرب من 25 عامًا). ستُستخدم أجهزة الاستريو والليزر لرسم الخرائط الطبوغرافية. إلى جانب دراسات الجاذبية ، يمكن استخدام هذه البيانات للبحث عن مناطق رقيقة نسبيًا من القشرة الجليدية. أخيرًا ، لاحظ جاليليو أقل من نصف يوروبا في قرارات كافية لرسم الخرائط ، بما في ذلك حفر الصدم. يمكن أن تشير الحفر في نصف الكرة الأرضية الذي لا يُرى بشكل جيد ، على سبيل المثال ، إلى ما إذا كانت قشرة جليد أوروبا أرق في الماضي.
لاندر ليوروبا؟
يمكن لهبوط مع مقياس الزلازل الاستماع إلى زلازل أوروبا الناتجة عن قوى المد والجزر اليومية التي تمارسها المشتري وإيو. يمكن استخدام الموجات الزلزالية لتحديد عمق قشرة القشرة الجليدية بدقة ، وربما قاع المحيط أيضًا. ثم يبحث المحللون الكيميائيون على متن الطائرة عن جزيئات عضوية أو متتبعات بيولوجية أخرى ويحتمل أن يحددوا كيمياء المحيطات ، وهي أحد المؤشرات الأساسية لآفاق أوروبا باعتبارها مأهولة؟ كوكب. ربما يحتاج مثل هذا الهبوط إلى حفر عدة أمتار للوصول إلى منطقة الضرر الإشعاعي على السطح. فقط بعد بدء هذه المهمات ، يمكننا بعد ذلك أن نبدأ الاستكشاف الحقيقي لهذا القمر المحير بحجم الكوكب. لإعادة صياغة مونتي بيثون ، "لم يمت بعد!"
المصدر الأصلي: USRA News Release
