Yaşama ev sahipliği yapma konusunda en büyük adaylardan biri olan Europa’daki yaşanabilirlik resmimiz değişiyor

THE WOODLANDS, TEXAS — Sahnede, birçoğu uzaylı dünyalar konusunda uzman olan bilim adamlarının sessiz toplantısının önünde, gezegen bilimcisi Paul Byrne podyumun arkasında yerini aldı. Jüpiter’in neredeyse kesinlikle bir yeraltı okyanusunu barındıran uydusu Europa hakkında araştırma sunmaya gelmişti. Ay’ın, güneş sistemimizdeki yaşam açısından keşfedilecek en umut verici yerler arasında olduğu düşünülüyor. Ancak bu vaatlerin çoğu bilinmeyen bir şeye, yani Europa’nın deniz tabanının jeolojik aktivitesine bağlı.

11 Mart’ta Ay ve Gezegen Bilimi Konferansında toplanan kalabalığa, St. Louis’deki Washington Üniversitesi’nden Byrne, “Okyanus tabanında herhangi bir şey olduğunu düşünmüyorum” dedi.

.email-conversion { border: 1px katı #ffcccb; Beyaz renk; üst kenar boşluğu: 50 piksel; arka plan resmi: url(“/wp-content/themes/sciencenews/client/src/images/cta-module@2x.jpg”); dolgu: 20 piksel; ikisini de temizle; }

Europa, Satürn’ün uyduları Enceladus ve Titan ile birlikte güneş sistemimizdeki üç dünyadan biridir ve genellikle yaşanabilirliği sağlayan üç bileşene sahip olduğu düşünülmektedir: sıvı su, enerji ve yaşamın kimyasal yapı taşları. Dahası, Europa’nın yaklaşık 4,5 milyar yaşında, yani Dünya kadar yaşlı olduğu düşünülüyor. Başka bir deyişle, yaşamın Europa’da ortaya çıkması için burada olduğu kadar kabaca aynı süre vardı.

Tüm bu umut verici niteliklerin bir kanıtı olarak, NASA’nın bir gezegen misyonu için şimdiye kadar geliştirdiği en büyük uzay aracı olan Europa Clipper’ın Ekim ayında fırlatılması planlanıyor.

Ancak Clipper’ın ilk yolculuğu yaklaşırken, ayın buzla kaplı denizinde yaşamı sürdürüp sürdüremeyeceği belli değil. Byrne ve diğer araştırmacılar deniz tabanının ölü olup olmadığını sorgularken, Dünya’nın ayında tespit edilen esrarengiz depremler, Europa’da da gizemli mekanizmaların işleyebileceğine işaret ediyor. Ve buzlu ay bugün yaşanmaz durumda olsa bile, her zaman böyle olmayabilir.

Ayın deniz tabanının jeolojik aktivitesi ve onun yaşamı besleme yeteneği, ayın yaşanabilirlik sorununun temelini oluşturabilir, diyor Robert Clipper görevinde çalışan Pasadena, California’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda gezegen bilimcisi olan Pappalardo. “Bu çok derin bir soru” diyor. “Her iki durumda da, genel olarak orada yaşamın ne kadar yaygın olduğunu anlamak açısından önemli olacak.”

Okyanus tabanında her şey sessiz

Avrupa’nın okyanusu karanlığa gömülmüş durumda. Ayın tamamını kapsayan, en az 20 kilometre kalınlığında olduğu tahmin edilen bir buz tabakasının altında gizleniyor (SN: 5/14/18). Ve okyanusun suları akıl almaz derecede derin, 60 ila 150 kilometre civarında bir yerde. Dünya’nın büyük mavisinin ortalama derinliği 4 kilometredir.

Bu karanlığın içinde yaşayan her şey muhtemelen kemosentetik nitelikte olacaktır. Bitkiler ve fitoplanktonlar ışık, su ve karbondioksitten besin sentezlerken, kemosentetik organizmalar çevrelerindeki kimyasal reaksiyonlardan açığa çıkan karbon taşıyan molekülleri ve enerjiyi toplarlar. Dünya’nın okyanus tabanında, bu doğadaki mikroplar, hidrotermal menfezleri ve metan sızıntılarını, tektonik kuvvetler ve volkanik faaliyetlerle desteklenen kimyasal vahaları dolduruyor (SN: 10/20/23; SN: 3/15/23).

For Byrne, bu tür organizmaların Europa’nın okyanusunda varlığını sürdürebilmesi için benzer jeolojik olarak sürdürülebilir ortamların veya en azından su ile taze kaya yüzeyleri arasındaki kimyasal reaksiyonların gerekli olabileceğinin düşünüldüğünü söyledi. “Temel sorumuz şu: Bunun gerçekleşmesi ne kadar muhtemel?”

O ve meslektaşları, Europa’nın deniz tabanının bilgisayar simülasyonlarını oluşturdular; yer çekimini, üstteki okyanusun ağırlığını ve deniz tabanındaki su basıncını hesaba kattılar. kendisi. Ekip, simülasyonlardan deniz tabanının yaklaşık 1 kilometre altındaki kayaların gücünü veya deniz tabanındaki fayların kayarak taze kayaları deniz suyuna maruz bırakması için gereken gerilimi hesapladı.

Byrne, Jüpiter’in yerçekimi ve Europa’nın altındaki mantodaki malzemenin taşınması nedeniyle deniz tabanına uygulanan stresle karşılaştırıldığında, Europa’nın deniz tabanını oluşturan kayaların en az 10 kat daha güçlü olduğunu söyledi. “Anlatılacak mesaj, deniz tabanının muhtemelen jeolojik olarak hareketsiz olduğu yönünde.”

Jet Tahrik Laboratuvarı’nda gezegen bilimcisi olan Austin Green, sunumda Byrne’ı takip etti. Green, “moral bozucu haberlerin geçit töreninin” devam etmesinden duyduğu üzüntüyü dile getirerek başladı. Kendisi ve Byrne’nin de aralarında bulunduğu meslektaşları, magmanın aşağıdan yükselip deniz tabanına ulaşıp ulaşamayacağını ve onu suyla temasa getirip getiremeyeceğini test etmek için Europa’nın iç kısımlarından kaynaklanan erimiş kaya akışlarını simüle ettiler.

{1 }Bunun gerçekleşmesi için öncelikle magmanın üstteki kayayı parçalayacak kadar kaldırma kuvvetine sahip olması gerekir.Green, Avrupa’nın düşük yer çekimi ve büyük erimiş kaya kütleleri oluşturamamasının (magmanın mantoda küçük ve dağınık hacimler oluşturması) magmanın kaldırma kuvvetini sınırladığını söyledi.

Ciddi magma hacimleri aynı zamanda ikinci gereksinimi de engelledi: yeterli bir tedarik. Kaldırma kuvvetinin sorun olmadığını varsayan ekip, mantoda yükselen magma akışını simüle etti. Deniz tabanının yaklaşık 200 kilometre altında dağınık erimiş kaya ceplerinin oluştuğunu buldular. Bu derinlikten itibaren en yüksek magma akıntıları katılaşmadan önce deniz tabanına kadar sadece yüzde 5 yükseldi. Green, “Gerçekten, gerçekten, gerçekten, gerçekten, gerçekten çok kötü bir performans sergilediler” dedi.

“Günümüzde deniz tabanında volkanizma oluşması pek olası değil” dedi. “Bu volkanizma yaşanabilirlik için gerekliyse, Europa’nın okyanusu yaşanmaz.”

İki ayın gizemi

Byrne sahneye çıkmadan hemen önce, Jet Propulsion Laboratuvarı’ndan gezegen bilimcisi Laurent Pou sırası gelmişti. Onun da Europa hakkında söyleyecekleri vardı; ayın jeolojik olarak hareketsiz olduğunu öne sürmeyen şeyler. Pou da konuşmaya başka bir uyduyu dahil ederdi: Dünya’nınki.

On yıllar önce, Apollo görevleri sırasında Dünya’nın ayının yüzeyine yerleştirilen sismometreler, yerin 700 ila 1.000 kilometre altındaki kayalık mantosunun derinliklerinden gelen gürlemeleri tespit etti (SN) : 5/13/19). Bu ay depremleri, Dünya’nın yerçekiminin neden olduğu iç gerilimlerden kaynaklanmıştır.

Hem Dünya’nın ayının hem de Europa’nın silikat kayalardan yapılmış mantolara sahip olduğuna inanılmaktadır. İki ay da kabaca aynı boyuttadır; Jüpiter’in yerçekimi, ayına Dünya’nınkinden daha fazla baskı uygular. Pou ve ekibi, Dünya’nın ayındaki derin depremlerin, Avrupa depremlerinin olasılığı hakkında fikir verebileceğini ileri sürdü.

Dünya’nın yerçekiminin etkisi altında Dünya’nın uydusunun iç kısmının bilgisayar simülasyonlarını oluşturdular ve bu simülasyonlar, kayaların özelliklerini ortaya çıkardı. Gözlemlenen ay depremlerini tetiklemek için Dünya’nın yerçekimine ihtiyaç vardı. Sonuçlar, ay depremlerinin oluşması için ay içinde önceden var olan kırıklar gibi zayıflıkların oluşmasını gerektireceğini öne sürdü. Ekip daha sonra Jüpiter’in çekim alanının etkisi altında ayın iç kısmını simüle ederek Europa’daki depremler için gerekli koşulları hesapladı. Sonuçların karşılaştırılması, Avrupa depremlerinin ayımızdaki depremlere kıyasla en az 10 kat daha muhtemel olduğunu ortaya çıkardı.

Pou ve Byrne’nin sonuçları arasındaki tutarsızlık, bilinmeyen farklardan kaynaklanabilir. iki ayın yapımında. Pou görünüşte çelişkili bulgular hakkında “Bir şeyi kaçırıyoruz” dedi. Ay’da bir tür zayıflık olabilir ve eğer bu zayıflık Europa’nın iç kısmında meydana gelmezse, o zaman Avrupa depremlerinin de oluşmayabileceğini düşünüyor. “Gelecekteki [Artemis II] Ay misyonuyla birlikte bunu görmek gerçekten ilginç olacak.”

Europa’nın kayalık iç kısımlarında depremler sallanırsa, jeolojik olarak aktif bir deniz tabanına ilişkin fikirleri yeniden canlandırabilirler. Boulder, Colo’daki Güneybatı Araştırma Enstitüsü’nden gezegen bilimci Alyssa Rhoden, “Bu önemli bir hatırlatma” diyor ve şöyle devam ediyor: “Bize bir sürecin olup olmadığını söyleyen verileri gerçekten alana kadar, bunun olup olmadığına karar vermek için erken olabilir. mümkün.”

Yine de Byrne kararlılığını sürdürüyor. “Derin ay depremlerinin işe yaramasını sağlayan fiziksel süreci anlamıyoruz” diyor. Ancak bunların derin olduğunu ve nispeten düşük miktarda enerji açığa çıkardığını biliyoruz; dolayısıyla Avrupa’da benzer bir şey meydana gelirse, bu sarsıntılar muhtemelen deniz tabanındaki yeni kayaları ortaya çıkarmayacaktır.

Pou’nun çalışması derin ay depremlerine odaklanmıştır. Dünya’nın ayındaki en yaygın sismik olay olan sığ sarsıntılar da meydana geliyor. Pek çok bilim insanı bu depremleri gelgit kuvvetlerinden ziyade ayın zamanla küçülmesine bağlıyor. Byrne, üstteki okyanusun varlığı nedeniyle bu tür sığ depremlerin Europa’nın mantosunda bu kadar yaygın olmasının pek mümkün olmadığını söylüyor. Deniz tabanına etkiyen deniz ağırlığı, bu tür depremselliği baskılayacaktır.

Yaşanabilirliğin gelgiti

Avrupa bugün yaşanabilir olmasa bile, bu, Avrupa’nın bugün yaşanabilir olmadığı anlamına gelmez. geçmişte değildi.

Europa Clipper misyonunda çalışan gezegen bilimci Pappalardo, “Gezegen topluluğunda çok popüler olan bir tabir var: dinamik yaşanabilirlik” diyor. “Bir dünyanın yaşanabilirliği, zamanla değişebilir.”

Europa, kardeş uydusu Io ile ritmik bir dansa yakalanmıştır; Io’nun Jüpiter etrafında tamamladığı her iki yörünge için, Europa bir tane yapar (SN: 8) /6/20). Pappalardo, bu yörünge rezonansının, Europa’nın iç kısmının periyodik olarak esnemesi ve sürtünmeyle ısınması olduğunu söylüyor.

Bu ısı darbeleri düzenli bir atımı takip etse de, bu atımın yoğunluğu dalgalanıyor.

“Bu bir nevi 100 milyon yıllık bir döngü” diyor Pappalardo. Bu, Europa’nın yaklaşık 60 milyon yıllık buzlu yüzeyinin ortalama yaşıyla tutarlıdır. “Şu anda daha az aktivite aşamasında olabiliriz” diyor. “Belki de en aktif olduğu dönem 100 milyon yıl önceydi.”

Pappalardo, eğer Avrupa daha yaşanabilir koşulların olduğu dönemlerden geçmişse, çok sayıda sorunun ortaya çıkacağını söylüyor. “Hayat ölür mü? Doğal seçilim olur mu ve mikroorganizmalar bu zor dönemi atlatıyor mu? 100 milyon yıllık döngüleri aşabilecekler mi?”

Byrne emin değil. “Belki de çok düşük tepkime hızları alma ve bir şekilde bununla geçinme konusunda son derece becerikli bir şekilde evrimleşen özel bir uzaylı yaşam formu olsaydınız” diyor.

Hayatın bulunmadığı bir Avrupa, yine de canlıların aranmasına yardımcı olabilir. Pappalardo, araştırmacıların yaşanabilir olduğunu veya yaşanabilir olduğunu kanıtlayabilirlerse, yaşamın mümkün olabileceğini söylüyor. Örneğin, bu tür bilgiler, yaşamın yaşanabilir gezegenlerin ne kadarında sonunda gelişeceğine dair anlayışımıza bilgi verebilir. Bu kesir, Samanyolu’ndaki bulaşıcı uygarlıkların sayısını tahmin eden bir formül olan Drake denklemindeki altı terimden biridir (SN: 11/1/09).

Kısmen birleştirilmiş çekirdek NASA’nın Europa Clipper uzay aracı, JPL’nin Uzay Aracı Montaj Tesisi’nde bulunuyor; bu fotoğraf Ağustos 2022’ye ait. JPL-Caltech/NASA

Clipper’a gelince, Byrne, aracın muhtemelen Europa’nın deniz tabanı faaliyetleriyle ilgili tartışmayı çözmeyeceğini söylüyor. buz kabuğunun ötesinden bakacak. Ancak Pappalardo, uzay aracının öncelikle okyanusun var olduğunu doğrulayacağını umduğunu belirtiyor.

Ve eğer Clipper, Europa’nın yüzeyinde okyanustan materyal bulursa ve yeterli kompozisyon verisi toplayabilirse, belki ortaya çıkarabilir Rhoden, okyanustaki suyun deniz tabanındaki kayalarla reaksiyona girip girmediğini söylüyor. Bunun, uzaylı okyanusunun yaşamın ihtiyaç duyduğu malzemeleri içerip içermediği sorusunun yanıtlanmasına yardımcı olabileceğini söylüyor. “Ayrıca deniz kestanesi bulursak cevabını da biliyoruz.”

.