Tín dụng hình ảnh: NASA
Bằng chứng cho thấy Europa, một trong những mặt trăng của Sao Mộc, có một đại dương nước được bao phủ bởi một tảng băng. Các nhà khoa học hiện đang suy đoán về độ dày của băng đó bằng cách đo kích thước và độ sâu của 65 miệng hố va chạm trên bề mặt mặt trăng - từ những gì họ có thể nói, nó cách nó 19 km. Độ dày của băng Europa Europa sẽ có tác động đến khả năng tìm thấy sự sống ở đó: quá dày và ánh sáng mặt trời sẽ gặp khó khăn khi tiếp cận các sinh vật quang hợp.
Lập bản đồ chi tiết và đo đạc các miệng hố va chạm trên các vệ tinh băng giá lớn của Sao Mộc, được báo cáo trong số ra ngày 23 tháng 5 năm 2002 của tạp chí Nature, tiết lộ rằng lớp băng nổi của Europa có thể dày ít nhất 19 km. Các phép đo này, bởi Nhân viên Nhà khoa học và nhà địa chất, Tiến sĩ Paul Schenk, tại Viện Âm lịch và Hành tinh của Houston, chỉ ra rằng các nhà khoa học và kỹ sư sẽ phải phát triển các phương tiện mới và thông minh để tìm kiếm sự sống trên thế giới băng giá với nội thất ấm áp.
Cuộc tranh luận về bánh pizza tuyệt vời của Europa: Vỏ mỏng hay lớp vỏ dày?
Bằng chứng địa chất và địa vật lý từ Galileo ủng hộ ý tưởng rằng một đại dương nước lỏng tồn tại bên dưới bề mặt băng giá của Europa. Cuộc tranh luận bây giờ tập trung vào độ dày của lớp băng giá này. Một đại dương có thể tan chảy qua một lớp băng mỏng chỉ dày vài km để lộ nước và bất cứ thứ gì bơi trong đó dưới ánh sáng mặt trời (và bức xạ). Một lớp vỏ băng mỏng có thể tan chảy, phơi đại dương ra bề mặt và cho phép các sinh vật quang hợp tiếp cận dễ dàng với ánh sáng mặt trời. Một lớp băng dày dày hàng chục km sẽ rất khó tan chảy.
Tại sao độ dày của vỏ băng Europa Europa lại quan trọng?
Độ dày là thước đo gián tiếp về mức độ nóng của Europa. Việc sưởi ấm thủy triều rất quan trọng để ước tính lượng nước lỏng trên Europa và liệu có núi lửa dưới đáy biển của Europa hay không nhưng phải bắt nguồn từ đó; nó không thể được đo. Ước tính mới về độ dày 19 km phù hợp với một số mô hình để sưởi ấm thủy triều, nhưng đòi hỏi nhiều nghiên cứu bổ sung.
Độ dày rất quan trọng vì nó kiểm soát cách thức và nơi mà vật liệu quan trọng về mặt sinh học trong đại dương Europa Europa có thể di chuyển lên bề mặt hoặc quay trở lại đại dương. Ánh sáng mặt trời không thể xuyên qua hơn vài mét vào lớp vỏ băng giá, vì vậy các sinh vật quang hợp đòi hỏi phải dễ dàng tiếp cận bề mặt Europa Europa để tồn tại. Thêm về chủ đề này sau.
Độ dày cuối cùng cũng sẽ xác định làm thế nào chúng ta có thể khám phá đại dương Europa và tìm kiếm bằng chứng về bất kỳ sự sống hoặc hóa học hữu cơ nào trên Europa. Chúng ta không thể khoan hoặc lấy mẫu đại dương trực tiếp qua lớp vỏ dày như vậy và phải phát triển những cách thông minh để tìm kiếm vật liệu đại dương có thể đã lộ ra trên bề mặt.
Làm thế nào để chúng ta ước tính độ dày của vỏ băng Europa?
Nghiên cứu này về các miệng hố va chạm trên các vệ tinh băng giá lớn của Galilê Europa dựa trên so sánh địa hình và hình thái của miệng hố va chạm trên Europa với các vệ tinh băng giá chị em của nó là Ganymede và Callisto. Hơn 240 miệng núi lửa, 65 trong số chúng trên Europa, đã được Tiến sĩ Schenk đo bằng cách sử dụng phân tích âm thanh nổi và địa hình của các hình ảnh thu được từ tàu vũ trụ Voyager và Galileo của NASA. Galileo hiện đang quay quanh Sao Mộc và hướng tới sự lao xuống cuối cùng của nó vào Sao Mộc vào cuối năm 2003. Mặc dù cả Ganymede và Callisto đều được cho là có các đại dương nước lỏng bên trong, nhưng chúng cũng được cho là khá sâu (khoảng 100-200 km). Điều này có nghĩa là hầu hết các miệng núi lửa sẽ không bị ảnh hưởng bởi các đại dương và có thể được sử dụng để so sánh với Europa, nơi độ sâu của đại dương không chắc chắn nhưng có khả năng nông hơn nhiều.
Ước tính độ dày của lớp băng của Europa dựa trên hai quan sát chính. Đầu tiên là hình dạng của các miệng hố lớn hơn của Europa khác biệt đáng kể so với các miệng hố có kích thước tương tự trên Ganymede và Callisto. Các phép đo của Tiến sĩ Schenk cho thấy các miệng hố lớn hơn 8 km về cơ bản khác với các điểm trên Ganymede hoặc Callisto. Điều này là do sự ấm áp của phần dưới của vỏ băng. Sức mạnh của băng rất nhạy cảm với nhiệt độ và băng ấm là mềm và chảy khá nhanh (nghĩ là sông băng).
Quan sát thứ hai là hình thái và hình dạng của các miệng hố trên Europa thay đổi đáng kể khi đường kính miệng hố vượt quá ~ 30 km. Các miệng hố nhỏ hơn 30 km sâu vài trăm mét và có vành dễ nhận biết và các đường lên trung tâm (đây là các tính năng tiêu chuẩn của các miệng hố va chạm). Pwyll, một miệng hố dài 27 km, là một trong những miệng hố lớn nhất.
Các miệng hố trên Europa lớn hơn 30 km, mặt khác, không có vành hoặc đường lên và có biểu hiện địa hình không đáng kể. Thay vào đó, chúng được bao quanh bởi các máng và đường gờ đồng tâm. Những thay đổi về hình thái và địa hình cho thấy một sự thay đổi cơ bản về tính chất của lớp vỏ băng giá của Europa. Sự thay đổi hợp lý nhất là từ rắn sang lỏng. Các vòng tròn đồng tâm trong các miệng hố lớn của châu Âu có lẽ là do sự sụp đổ bán buôn của sàn miệng núi lửa. Khi lỗ miệng hố sâu ban đầu sụp đổ, vật liệu nằm dưới lớp băng giá lao vào để lấp đầy khoảng trống. Vật liệu xâm nhập này kéo theo lớp vỏ bên ngoài, phá vỡ nó và tạo thành các vòng đồng tâm quan sát được.
Giá trị 19 đến 25 km đến từ đâu?
Các miệng hố va chạm lớn hơn xâm nhập sâu hơn vào lớp vỏ của một hành tinh và nhạy cảm với các tính chất ở những độ sâu đó. Europa cũng không ngoại lệ. Điều quan trọng là sự thay đổi căn bản về hình thái và hình dạng ở đường kính miệng hố ~ 30 km. Để sử dụng điều này, chúng ta phải ước tính miệng hố ban đầu lớn như thế nào và lớp chất lỏng phải nông đến mức nào trước khi nó có thể ảnh hưởng đến hình dạng cuối cùng của miệng hố va chạm. Điều này được bắt nguồn từ các tính toán số và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thành cơ học tác động. Đây là mô hình sụp đổ miệng núi lửa? sau đó được sử dụng để chuyển đổi đường kính chuyển tiếp quan sát thành độ dày cho lớp. Do đó, các miệng hố rộng 30 km đang cảm nhận hoặc phát hiện các lớp sâu 19-25 km.
Làm thế nào chắc chắn là những ước tính về độ dày vỏ băng của Europa?
Có một số sự không chắc chắn về độ dày chính xác bằng cách sử dụng các kỹ thuật này. Điều này chủ yếu là do sự không chắc chắn trong các chi tiết của cơ học miệng hố va chạm, rất khó để nhân đôi trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, sự không chắc chắn có lẽ chỉ nằm trong khoảng từ 10 đến 20%, vì vậy chúng ta có thể chắc chắn một cách hợp lý rằng lớp băng Europa Europa không dày vài km.
Có thể lớp vỏ băng đã mỏng hơn trong quá khứ?
Có bằng chứng trong địa hình miệng núi lửa rằng độ dày của băng trên Ganymede đã thay đổi theo thời gian, và điều tương tự cũng có thể đúng với Europa. Ước tính về độ dày vỏ băng từ 19 đến 25 km có liên quan đến bề mặt băng giá mà chúng ta hiện thấy trên Europa. Bề mặt này đã được ước tính là từ 30 đến 50 triệu năm hoặc lâu hơn. Hầu hết các vật liệu bề mặt cũ hơn này đã bị phá hủy bởi kiến tạo và tái tạo bề mặt. Lớp vỏ băng giá cũ này có thể mỏng hơn lớp vỏ ngày nay, nhưng hiện tại chúng ta không có cách nào để biết.
Bây giờ vỏ băng trên Europa có thể có những đốm mỏng?
Các miệng hố va chạm mà Tiến sĩ Schenk nghiên cứu nằm rải rác trên bề mặt của Europa. Điều này cho thấy vỏ băng dày ở khắp mọi nơi. Có thể có các khu vực địa phương nơi vỏ mỏng do lưu lượng nhiệt cao hơn. Nhưng băng ở đáy vỏ rất ấm và như chúng ta thấy ở các sông băng ở đây trên Trái đất, băng ấm chảy khá nhanh. Kết quả là, lỗ nào? trong vỏ băng của Europa sẽ được lấp đầy nhanh chóng bằng băng chảy.
Liệu một lớp vỏ băng dày có nghĩa là không có sự sống trên Europa?
Không! Cho dù chúng ta biết rất ít về nguồn gốc của sự sống và điều kiện bên trong Europa, cuộc sống vẫn có lý. Sự hiện diện có thể có của nước dưới băng là một trong những thành phần chính. Một lớp vỏ băng dày làm cho quá trình quang hợp rất khó xảy ra trên Europa. Các sinh vật sẽ không có quyền truy cập nhanh chóng hoặc dễ dàng vào bề mặt. Nếu các sinh vật bên trong Europa có thể tồn tại mà không cần ánh sáng mặt trời, thì độ dày của vỏ chỉ có tầm quan trọng thứ yếu. Rốt cuộc, các sinh vật hoạt động khá tốt dưới đáy đại dương Trái đất khá tốt mà không cần ánh sáng mặt trời, tồn tại nhờ năng lượng hóa học. Điều này có thể đúng trên Europa nếu có thể các sinh vật sống bắt nguồn từ môi trường này ngay từ đầu.
Sau đó, lớp băng Europa Europa có thể đã mỏng hơn rất nhiều trong quá khứ xa xôi, hoặc có lẽ nó không tồn tại ở một thời điểm nào đó và đại dương bị phơi bày trần trụi trong không gian. Nếu đó là sự thật, thì một loạt các sinh vật có thể tiến hóa, tùy thuộc vào hóa học và thời gian. Nếu đại dương bắt đầu đóng băng, các sinh vật còn sống sau đó có thể tiến hóa đến bất kỳ môi trường nào cho phép chúng tồn tại, chẳng hạn như núi lửa dưới đáy đại dương (nếu cả núi lửa hình thành).
Chúng ta có thể khám phá sự sống trên Europa nếu lớp băng dày không?
Nếu lớp vỏ thực sự dày như vậy, thì việc khoan hoặc làm tan băng qua băng bằng robot buộc dây là không thực tế! Tuy nhiên, chúng ta có thể tìm kiếm hóa học hữu cơ hoặc cuộc sống ở các địa điểm khác. Thách thức sẽ là cho chúng tôi để đưa ra một chiến lược thông minh để khám phá Europa mà không làm ô nhiễm những gì vẫn chưa tìm thấy. Viễn cảnh của một lớp băng dày làm hạn chế số lượng các vị trí có khả năng chúng ta có thể tìm thấy vật liệu đại dương bị phơi bày. Nhiều khả năng, vật liệu đại dương sẽ phải được nhúng dưới dạng bong bóng nhỏ hoặc túi hoặc như các lớp trong băng đã được đưa lên bề mặt bằng các phương tiện địa chất khác. Ba quá trình địa chất có thể làm điều này:
1. Các miệng hố va chạm khai quật vật liệu vỏ từ độ sâu và đẩy nó ra bề mặt, nơi chúng ta có thể nhặt được (50 năm trước chúng ta có thể nhặt các mảnh thiên thạch sắt trên sườn của Miệng núi lửa ở Arizona, nhưng hầu hết đã được tìm thấy cho đến nay ). Thật không may, miệng núi lửa lớn nhất được biết đến trên Europa, Tyre, đã khai quật vật liệu từ độ sâu chỉ 3 km, không đủ sâu để đến gần đại dương (do hình học và cơ học, các miệng hố khai quật từ phần trên của miệng núi lửa chứ không phải phía dưới). Nếu một túi hoặc lớp vật liệu đại dương bị đóng băng vào lớp vỏ ở độ sâu nông, nó có thể được lấy mẫu bằng miệng hố va chạm. Thật vậy, sàn của Tyre có màu cam hơn một chút so với lớp vỏ ban đầu. Tuy nhiên, khoảng một nửa số Europa đã được Galileo nhìn thấy rõ, vì vậy một miệng núi lửa lớn hơn có thể có mặt ở phía kém nhìn thấy. Chúng tôi sẽ phải quay lại để tìm hiểu.
2. Có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy lớp vỏ băng giá của Europa có phần không ổn định và đã (hoặc đang) đối lưu. Điều này có nghĩa là các đốm vật liệu vỏ sâu mọc lên trên bề mặt nơi đôi khi chúng lộ ra dưới dạng vòm rộng vài km (nghĩ rằng Đèn Lava, ngoại trừ các đốm màu là vật liệu rắn mềm như Silly Putty). Bất kỳ vật liệu đại dương nào được nhúng trong lớp vỏ dưới có thể tiếp xúc với bề mặt. Quá trình này có thể mất hàng ngàn năm và việc tiếp xúc với bức xạ gây chết người của sao Mộc sẽ không thân thiện để nói rằng ít nhất! Nhưng ít nhất chúng ta có thể điều tra và lấy mẫu những gì còn lại phía sau.
3. Tái tạo bề mặt của các khu vực rộng lớn trên bề mặt của Europa nơi vỏ băng bị xé toạc theo nghĩa đen. Những khu vực này không trống nhưng đã được lấp đầy bằng vật liệu mới từ bên dưới. Những khu vực này dường như không bị ngập bởi vật liệu đại dương, mà thay vào đó là băng ấm áp mềm mại từ đáy lớp vỏ. Mặc dù điều này rất có thể là vật liệu đại dương có thể được tìm thấy trong vật liệu vỏ mới này.
Hiểu biết của chúng tôi về bề mặt và lịch sử Europa Europa vẫn còn rất hạn chế. Các quá trình không xác định có thể xảy ra mang vật liệu đại dương lên bề mặt, nhưng chỉ một sự trở lại với Europa sẽ cho biết.
Điều gì tiếp theo cho Europa?
Với việc hủy bỏ một tàu quỹ đạo Europa được đề xuất gần đây do chi phí vượt mức, đây là thời điểm tốt để xem xét lại chiến lược của chúng tôi để khám phá đại dương của Europa. Tàu ngầm buộc và tàu thăm dò khoan sâu là không thực tế trong lớp vỏ sâu như vậy, nhưng dù sao tàu đổ bộ bề mặt có thể rất quan trọng. Trước khi chúng ta gửi một tàu đổ bộ lên mặt nước, chúng ta nên gửi một nhiệm vụ trinh sát, trên quỹ đạo Sao Mộc hoặc Europa, để tìm kiếm sự phơi bày của vật liệu đại dương và các điểm mỏng trong lớp vỏ, và tìm kiếm các địa điểm hạ cánh tốt nhất. Một nhiệm vụ như vậy sẽ sử dụng các khả năng lập bản đồ hồng ngoại được cải thiện rất nhiều để nhận dạng khoáng sản (xét cho cùng, các thiết bị Galileo đã gần 25 năm tuổi). Các nhạc cụ âm thanh nổi và laser sẽ được sử dụng để lập bản đồ địa hình. Cùng với các nghiên cứu về trọng lực, những dữ liệu này có thể được sử dụng để tìm kiếm các vùng tương đối mỏng của lớp vỏ băng giá. Cuối cùng, Galileo đã quan sát ít hơn một nửa Europa ở độ phân giải đủ để lập bản đồ, bao gồm các miệng hố va chạm. Các miệng hố trên bán cầu được nhìn thấy kém này, chẳng hạn, có thể cho biết liệu lớp băng của Europa có mỏng hơn trong quá khứ hay không.
Một Lander cho Europa?
Một tàu đổ bộ có máy đo địa chấn có thể lắng nghe các trận động đất europa được tạo ra bởi các lực thủy triều hàng ngày do Sao Mộc và Io gây ra. Sóng địa chấn có thể được sử dụng để lập bản đồ chính xác độ sâu xuống đáy của lớp băng và có thể cả đáy đại dương. Các máy phân tích hóa học trên tàu sau đó sẽ tìm kiếm các phân tử hữu cơ hoặc các chất đánh dấu sinh học khác và có khả năng xác định hóa học đại dương, một trong những chỉ số cơ bản của triển vọng của Europa như là một nơi ở? hành tinh. Một tàu đổ bộ như vậy có lẽ sẽ cần phải khoan vài mét để vượt qua vùng tổn hại bức xạ ở bề mặt. Chỉ sau khi các nhiệm vụ này được tiến hành, chúng ta mới có thể bắt đầu cuộc thám hiểm thực sự của mặt trăng có kích cỡ hành tinh trêu ngươi này. Để diễn giải Monty Python, vẫn chưa chết!?
Nguồn gốc: USRA News Release
