Uderzenia komet w Europę, księżyc Jowisza, mogą pomóc w transporcie znajdujących się na powierzchni niezbędnych do życia składników do podziemnego oceanu płynnej wody. Jest to możliwe nawet jeśli upadki komet nie przebijają lodowej skorupy księżyca.
Takie wnioski płyną z badań przeprowadzonych przez naukowców z University of Texas w Austin, gdzie naukowcy opracowali model komputerowy, aby zbadać, co dzieje się po uderzeniu komety lub asteroidy w skorupę lodową, której grubość szacuje się na kilkadziesiąt kilometrów.
Model pokazuje, że jeśli uderzenie dojdzie do głębokości równej przynajmniej połowie grubości skorupy lodowej księżyca, podgrzana woda, którą wytworzy uderzenie, zatonie w położonej niżej warstwie lodu. Jednocześnie poniesie ze sobą utleniacze, czyli rodzaj związków chemicznych niezbędnych do życia. Te zaś mogą pomóc w utrzymaniu potencjalnego życia istniejącego w podziemnych wodach.
Wygenerowana komputerowo symulacja komory topnienia wytworzonej w kraterze uderzeniowym Manannan na Europie. Symulacja pokazuje, jak ogrzana woda (powstała ze stopionego podczas uderzenia lodu) dochodzi do oceanu w ciągu kilkuset lat po zderzeniu. Wykres po lewej obrazuje rozkład temperatury, wykres po prawej, obszary, w których woda znajduje się w stanie ciekłym. Źródło: Carnahan i in.
Naukowcy porównują tonięcie masywnej komory topnienia do tonącego statku. Kiedy nabierzesz odpowiednią ilość wody, po prostu utoniesz – mówi główny autor i doktorant Evan Carnahan. To jak Titanic razy 10.
We wcześniejszych badaniach naukowcy brali pod uwagę zderzenia z kometami i planetoidami jako sposób dostarczania utleniaczy na Europę, ale zakładali przy tym, że impaktory będą musiały przebić się przez lód. Obecne badanie jest ważne, ponieważ pokazuje, że do skutecznego transportu utleniaczy dobrze nadają się również zderzenia o mniejszej energii.
Tyre, duży krater uderzeniowy na Europie. Źródło: NASA/JPL/DLR
To, czy utleniacze mogą dostać się z miejsca, w którym naturalnie tworzą się na powierzchni Europy, do oceanu – jest jednym z największych pytań planetologii. Jednym z celów nadchodzącej misji NASA Europa Clipper na lodowy księżyc Jowisza jest zebranie danych, które mogą pomóc znaleźć na nie odpowiedź.
Na razie zderzenia komet i planetoid należą do najbardziej prawdopodobnych mechanizmów transportu utleniaczy. Naukowcy zauważyli dziesiątki kraterów na powierzchni Europy, z których wiele ma wyraźnie pofałdowany wygląd, co sugeruje zamarzniętą wodę z roztopów i ruch po uderzeniu pod kraterem.
W tym badaniu modeluje się środowisko krateru po uderzeniu, badając, w jaki sposób ogrzana woda przemieszcza się przez lód i jej zdolność do transportu utleniaczy. Badanie to wykazało, że jeśli uderzenie dotrze do środka skorupy lodowej, ponad 40% wody z roztopów trafi do oceanu. Objętość wytwarzanej wody ze stopionego lodu może być znaczna: dla przykładu, kometa o średnicy 800 metrów, która dotarłaby do środka skorupy lodowej, stopiłaby wystarczającą ilość wody, aby wypełnić Jezioro Kraterowe w Oregonie.
Wygenerowana komputerowo symulacja uderzenia w skorupę lodową Europy na podstawie badania z 2015 r. Uszkodzenie skorupy jest pokazane po prawej stronie, a zmiany temperatury, po lewej. Niebieski kolor oznacza niższe temperatury, a czerwony, wyższe. Jasnoczerwony obszar powstały w wyniku uderzenia przedstawia wodę z roztopionego lodu. Nowe badanie prowadzone przez University of Texas w Austin bada zachowanie wody powstałej z roztopionego lodu po zderzeniu i sposób, w jaki może ona pomóc w transporcie składników niezbędnych do życia do przykrytego lodem oceanu Europy. Źródło: Rónadh Cox
Inne modele opisujące płynną wodę na Europie często umieszczają ją w pobliżu powierzchni księżyca przez długi czas, gdzie może potencjalnie przyczynić się do tworzenia lodowych formacji zwanych „terenem chaosu”. Jednak wyniki tego badania komplikują ten pomysł, ponieważ duża waga wody z roztopów powoduje, że woda będzie raczej tonąć, niż pozostawać na miejscu.
Chmury na Tytanie widziane przez JWST (po lewej) i Keck (po prawej). Źródło: NASA, ESA, CSA, Webb Titan GTO Team, Alyssa Pagan (STScI)
Podobnie jak Europa, księżyc Saturna Tytan może również zawierać ocean płynnej wody pod lodową skorupą. Rosaly Lopes, naukowiec dyrekcji Planetary Science Directorate w Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA, powiedziała, że ten model może pomóc naukowcom zrozumieć rolę, jaką zderzenia z kometami i planetoidami mogą mieć na inne lodowe światy.
W przypadku Tytana jest to bardzo ważne, ponieważ Tytan ma grubą skorupę lodową – grubszą niż Europa – powiedziała Lopes. Jesteśmy bardzo zainteresowani zastosowaniem tego badania.
Więcej informacji:
- Publikacja „Surface-to-ocean Exchange by the Sinking of Impact Generated Melt Chambers on Europa”, Carnahan E. i in., Geophysical Research Letters (2022) DOI: 10.1029/2022GL100287
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Artystyczna koncepcja zderzenia komety z księżycem Jowisza Europą. Źródło: NASA/JPL-Caltech
