Op Jupiters ijzige maan Europa, krachtige uitbarstingen kunnen de ruimte in spuwen, vragen oproepen onder hoopvolle astrobiologen op aarde:wat zou er uit mijlenhoge pluimen schieten? Zouden ze tekenen van buitenaards leven kunnen bevatten? En waar in Europa zouden ze vandaan komen? Een nieuwe verklaring wijst nu op een bron die dichter bij het bevroren oppervlak ligt dan zou worden verwacht.

In plaats van diep in Europa's oceanen te komen, sommige uitbarstingen kunnen afkomstig zijn van waterzakken die zijn ingebed in de ijzige schaal zelf, volgens nieuw bewijs van onderzoekers van Stanford University, de Universiteit van Arizona, de Universiteit van Texas en het Jet Propulsion Laboratory van NASA.

Met behulp van afbeeldingen verzameld door het NASA-ruimtevaartuig Galileo, de onderzoekers ontwikkelden een model om uit te leggen hoe een combinatie van bevriezing en drukverhoging kan leiden tot een cryovulkaanuitbarsting, of een uitbarsting van water. De resultaten, gepubliceerd op 10 november in Geofysische onderzoeksbrieven , hebben implicaties voor de bewoonbaarheid van de onderliggende oceaan van Europa - en kunnen uitbarstingen op andere ijzige lichamen in het zonnestelsel verklaren.

Voorbodes van het leven?

Wetenschappers hebben gespeculeerd dat de uitgestrekte oceaan verborgen onder de ijskorst van Europa elementen zou kunnen bevatten die nodig zijn om het leven te ondersteunen. Maar in plaats van een duikboot naar de maan te sturen om te verkennen, het is moeilijk om het zeker te weten. Dat is een van de redenen waarom de pluimen van Europa zoveel belangstelling hebben gewekt:als de uitbarstingen uit de ondergrondse oceaan komen, de elementen zouden gemakkelijker kunnen worden gedetecteerd door een ruimtevaartuig zoals dat gepland is voor NASA's aanstaande Europa Clipper-missie.

Maar als de pluimen afkomstig zijn uit de ijzige schil van de maan, ze zijn misschien minder gastvrij voor het leven, omdat het moeilijker is om de chemische energie in stand te houden om het leven daar van stroom te voorzien. In dit geval, de kansen om bewoonbaarheid vanuit de ruimte te detecteren worden kleiner.

"Begrijpen waar deze waterpluimen vandaan komen, is erg belangrijk om te weten of toekomstige Europa-ontdekkingsreizigers een kans zouden kunnen hebben om daadwerkelijk leven vanuit de ruimte te detecteren zonder Europa's oceaan te onderzoeken, " zei hoofdauteur Gregor Steinbrügge, een postdoctoraal onderzoeker aan de Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth).

De onderzoekers richtten hun analyses op Manannán, een 18 mijl brede krater op Europa die enkele tientallen miljoenen jaren geleden is ontstaan ​​door een inslag met een ander hemellichaam. Redenerend dat een dergelijke botsing een enorme hoeveelheid warmte zou hebben gegenereerd, ze modelleerden hoe het smelten en vervolgens bevriezen van een waterzak in de ijzige schaal het water had kunnen doen uitbarsten.

"De komeet of asteroïde die de ijsschelp raakte, was in feite een groot experiment dat we gebruiken om hypothesen te construeren om te testen, " zei co-auteur Don Blankenship, senior onderzoeker aan het University of Texas Institute for Geophysics (UTIG) en hoofdonderzoeker van het Radar for Europa Assessment and Sounding:Ocean to Near-surface (REASON) instrument dat op Europa Clipper zal vliegen. "Het pool- en planetaire wetenschappenteam van UTIG is momenteel allemaal toegewijd aan het evalueren van het vermogen van dit instrument om die hypothesen te testen."

Het model geeft aan dat naarmate het water van Europa in de latere stadia van de inslag in ijs veranderde, Er zouden zakken water met een verhoogd zoutgehalte in het maanoppervlak kunnen ontstaan. Verder, deze zoute waterzakken kunnen zijwaarts door Europa's ijsschelp migreren door aangrenzende gebieden met minder brak ijs te smelten, en worden daardoor nog zouter in het proces.

"We hebben een manier ontwikkeld waarop een waterzak zijdelings kan bewegen - en dat is heel belangrijk, Steinbrügge zei. "Het kan langs thermische gradiënten bewegen, van koud naar warm, en niet alleen in de neerwaartse richting zoals getrokken door de zwaartekracht."

Een zoute chauffeur

Het model voorspelt dat wanneer een migrerende pekelzak het midden van de Manannán-krater bereikte, het kwam vast te zitten en begon te bevriezen, het genereren van druk die uiteindelijk resulteerde in een pluim, geschat op meer dan een mijl hoog. De uitbarsting van deze pluim liet een onderscheidend kenmerk achter:een spinvormig kenmerk op het oppervlak van Europa dat werd waargenomen door Galileo-beeldvorming en opgenomen in het model van de onderzoekers.

"Hoewel pluimen gegenereerd door migratie van pekelzakken geen direct inzicht zouden geven in Europa's oceaan, onze bevindingen suggereren dat de ijsschelp van Europa zelf erg dynamisch is, " zei co-hoofdauteur Joana Voigt, een afgestudeerde onderzoeksassistent aan de Universiteit van Arizona, Tucson.

De relatief kleine omvang van de pluim die zich bij Manannán zou vormen, geeft aan dat inslagkraters waarschijnlijk de bron van andere, grotere pluimen op Europa die zijn verondersteld op basis van Hubble- en Galileo-gegevens, zeggen de onderzoekers. Maar het proces dat voor de uitbarsting van Manannán is gemodelleerd, zou op andere ijzige lichamen kunnen plaatsvinden, zelfs zonder een impactgebeurtenis.

"Migratie van pekelzakken is niet alleen van toepassing op Europan-kraters, "Zei Voigt. "In plaats daarvan zou het mechanisme verklaringen kunnen geven over andere ijzige lichamen waar thermische gradiënten bestaan."

De studie geeft ook schattingen van hoe zout het bevroren oppervlak en de oceaan van Europa kunnen zijn, wat op zijn beurt de transparantie van zijn ijsschelp voor radargolven zou kunnen beïnvloeden. de berekeningen, gebaseerd op beeldvorming van Galileo van 1995 tot 1997, laten zien dat de oceaan van Europa ongeveer een vijfde zo zout is als de oceaan van de aarde - een factor die de capaciteit voor de radarsounder van de Europa Clipper-missie om gegevens uit het binnenste te verzamelen, zal verbeteren.

De bevindingen kunnen ontmoedigend zijn voor astrobiologen die hopen dat de uitbarstende pluimen van Europa aanwijzingen kunnen bevatten over het vermogen van de interne oceaan om leven te ondersteunen, gezien de implicatie dat pluimen geen verbinding hoeven te maken met Europa's oceaan. Echter, het nieuwe model biedt inzicht in het ontwarren van Europa's complexe oppervlaktekenmerken, die onderhevig zijn aan hydrologische processen, de aantrekkingskracht van Jupiters zwaartekracht en verborgen tektonische krachten in de ijzige maan.

"Dit maakt de ondiepe ondergrond - de ijsschelp zelf - een veel opwindender plek om over na te denken, " zei co-auteur Dustin Schroeder, een assistent-professor geofysica aan de Stanford. "Het opent een geheel nieuwe manier van denken over wat er gebeurt met water aan de oppervlakte."