Kredit gambar: NASA
Bukti menunjukkan bahawa Europa, salah satu bulan Musytari, memiliki lautan air yang ditutupi oleh lapisan es. Para saintis kini membuat spekulasi tentang betapa tebalnya ais itu dengan mengukur ukuran dan kedalaman 65 kawah hentaman di permukaan bulan - dari apa yang mereka tahu, jaraknya adalah 19 km. Ketebalan es Europa akan memberi kesan pada kemungkinan mencari kehidupan di sana: terlalu tebal dan cahaya matahari akan menghadapi masalah untuk mencapai organisma fotosintetik.
Pemetaan terperinci dan pengukuran kawah hentaman pada satelit es besar Jupiter, yang dilaporkan dalam edisi 23 Mei 2002, jurnal Nature, menunjukkan bahawa cangkang es terapung Europa setebal sekurang-kurangnya 19 kilometer. Pengukuran ini, oleh Staff Scientist dan ahli geologi Dr Paul Schenk, di Houston's Lunar and Planetary Institute, menunjukkan bahawa saintis dan jurutera harus mengembangkan kaedah baru dan pintar untuk mencari kehidupan di dunia beku dengan pedalaman yang hangat.
Debat Pizza Europa Hebat: "Kerak Tipis atau Kerak Tebal?"
Bukti geologi dan geofizik dari Galileo menyokong idea bahawa lautan air cair wujud di bawah permukaan Europa yang sejuk. Perbahasan sekarang berpusat pada seberapa tebal cangkang es ini. Lautan dapat meleleh melalui cangkang es nipis hanya setebal beberapa kilometer yang memaparkan air dan apa pun yang berenang di dalamnya cahaya matahari (dan radiasi). Cangkang es nipis dapat meleleh, mengekspos lautan ke permukaan, dan memberikan akses mudah organisma fotosintetik ke sinar matahari. Lapisan ais tebal setebal puluhan kilometer sangat tidak mungkin meleleh.
Mengapakah ketebalan kulit berais Europa penting?
Ketebalan adalah ukuran tidak langsung berapa banyak pemanasan pasang surut yang diperoleh Europa. Pemanasan pasang surut penting untuk menganggarkan berapa banyak air cair di Europa dan adakah terdapat gunung berapi di dasar laut Europa tetapi mesti diambil; ia tidak dapat diukur. Anggaran baru ketebalan 19 kilometer sesuai dengan beberapa model pemanasan pasang surut, tetapi memerlukan banyak kajian tambahan.
Ketebalannya penting kerana ia mengawal bagaimana dan di mana bahan penting secara biologi di lautan Europa dapat bergerak ke permukaan, atau kembali ke laut. Cahaya matahari tidak dapat menembus lebih dari beberapa meter ke dalam cangkang berais, jadi organisma fotosintesis memerlukan akses mudah ke permukaan Europa untuk bertahan. Lebih lanjut mengenai perkara ini kemudian.
Ketebalannya juga akhirnya akan menentukan bagaimana kita dapat menjelajah lautan Europa dan mencari bukti mengenai kehidupan atau kimia organik di Europa. Kita tidak dapat mengebor atau mencontoh samudera secara langsung melalui kerak tebal dan mesti mengembangkan cara-cara pintar untuk mencari bahan laut yang mungkin terdedah di permukaan.
Bagaimana kita mengira ketebalan cangkang ais Europa?
Kajian mengenai kawah hentaman pada satelit Galilea berais besar di Eropah ini berdasarkan perbandingan topografi dan morfologi kawah hentaman di Europa dengan yang terdapat di satelitnya yang berais Ganymede dan Callisto. Lebih 240 kawah, 65 daripadanya di Europa, telah diukur oleh Dr. Schenk menggunakan analisis stereo dan topografi gambar yang diperoleh dari kapal angkasa Voyager dan Galileo NASA. Galileo saat ini mengorbit Jupiter dan menuju ke akhir terjun ke Musytari pada akhir tahun 2003. Walaupun kedua-dua Ganymede dan Callisto diyakini memiliki lautan air cair di dalamnya, mereka juga disimpulkan agak dalam (kira-kira 100-200 kilometer). Ini bermaksud bahawa kebanyakan kawah tidak akan terpengaruh oleh lautan dan dapat digunakan untuk perbandingan dengan Europa, di mana kedalaman ke lautan tidak pasti tetapi cenderung jauh lebih dangkal.
Anggaran ketebalan cangkang ais Europa berdasarkan dua pemerhatian utama. Yang pertama adalah bahawa bentuk kawah Europa yang lebih besar berbeza dengan kawah bersaiz serupa di Ganymede dan Callisto. Pengukuran Dr. Schenk menunjukkan bahawa kawah yang berukuran lebih besar 8 kilometer pada dasarnya berbeza dari yang terdapat di Ganymede atau Callisto. Ini disebabkan oleh kehangatan bahagian bawah kulit ais. Kekuatan ais sangat sensitif terhadap suhu dan ais hangat lembut dan mengalir agak cepat (kira glasier).
Pemerhatian kedua adalah bahawa morfologi dan bentuk kawah di Europa berubah secara mendadak kerana diameter kawah melebihi ~ 30 kilometer. Kawah yang lebih kecil dari 30 kilometer kedalaman beberapa ratus meter dan mempunyai rim yang dapat dikenali dan pengangkatan pusat (ini adalah ciri standard kawah hentaman). Pwyll, kawah sepanjang 27 kilometer, adalah salah satu kawah yang terbesar.
Kawah di Europa yang lebih besar dari 30 kilometer, di sisi lain, tidak mempunyai pelek atau kenaikan dan mempunyai ungkapan topografi yang dapat diabaikan. Sebaliknya mereka dikelilingi oleh set palung dan rabung konsentris. Perubahan morfologi dan topografi ini menunjukkan perubahan mendasar pada sifat kerak es Europa. Perubahan yang paling logik adalah dari pepejal ke cecair. Lingkaran sepusat di kawah Europan besar mungkin disebabkan oleh runtuhnya bawah lantai kawah. Ketika lubang kawah yang dalam pada awalnya runtuh, bahan yang mendasari kerak es bergegas masuk untuk mengisi kekosongan. Bahan inrushing ini menyeret kerak yang terlalu banyak, memecahkannya dan membentuk cincin sepusat yang diperhatikan.
Dari mana nilai 19 hingga 25 kilometer berasal?
Kawah hentaman yang lebih besar menembusi lebih jauh ke dalam kerak bumi dan sensitif terhadap sifat di kedalaman tersebut. Europa tidak terkecuali. Kuncinya adalah perubahan radikal dalam morfologi dan bentuk pada diameter kawah ~ 30 kilometer. Untuk menggunakan ini, kita mesti mengira seberapa besar kawah asalnya dan seberapa cetek lapisan cecair sebelum boleh mempengaruhi bentuk akhir kawah hentaman. Ini berasal dari pengiraan berangka dan eksperimen makmal ke dalam mekanik hentaman. Model keruntuhan kawah ini? kemudian digunakan untuk menukar diameter peralihan yang diperhatikan menjadi ketebalan lapisan. Oleh itu, kawah selebar 30 kilometer mengesan atau mengesan lapisan sedalam 19-25 kilometer.
Seberapa pasti anggaran ketebalan tempurung es Eropah ini?
Terdapat beberapa ketidakpastian ketebalan yang tepat menggunakan teknik ini. Ini disebabkan terutamanya oleh ketidakpastian dalam perincian mekanik kawah impak, yang sangat sukar diduplikasi di makmal. Ketidakpastian itu mungkin hanya antara 10 dan 20%, oleh itu, kita boleh yakin bahawa cangkang ais Europa setebal beberapa kilometer.
Mungkinkah kulit ais lebih tipis pada masa lalu?
Terdapat bukti dalam topografi kawah bahawa ketebalan ais di Ganymede telah berubah dari masa ke masa, dan hal yang sama mungkin berlaku untuk Europa. Anggaran ketebalan cangkang ais 19 hingga 25 kilometer adalah relevan dengan permukaan berais yang sekarang kita lihat di Europa. Permukaan ini dianggarkan 30 hingga 50 juta tahun atau lebih. Sebilangan besar bahan permukaan yang lebih tua dari ini telah dihancurkan oleh tektonisme dan permukaan semula. Kerak berais yang lebih tua ini mungkin lebih tipis daripada kerak hari ini, tetapi pada masa ini kita tidak tahu.
Mungkinkah kulit ais di Europa mempunyai bintik-bintik tipis sekarang?
Kawah impak yang dikaji oleh Dr Schenk tersebar di seluruh permukaan Europa. Ini menunjukkan bahawa cengkerang ais tebal di mana-mana sahaja. Mungkin ada kawasan setempat di mana cangkang itu tipis karena aliran panas yang lebih tinggi. Tetapi ais di dasar cangkang sangat hangat dan seperti yang kita lihat di glasier di Bumi ini, ais hangat mengalir dengan cukup pantas. Hasilnya, ada? Lubang? di cengkerang ais Europa akan diisi dengan cepat oleh ais yang mengalir.
Adakah cangkang ais yang tebal bermaksud tidak ada kehidupan di Europa?
Tidak! Memandangkan betapa sedikit yang kita ketahui mengenai asal usul kehidupan dan keadaan di dalam Europa, kehidupan masih masuk akal. Kemungkinan kehadiran air di bawah ais adalah salah satu bahan penting. Cengkerang ais tebal menjadikan fotosintesis sangat tidak mungkin berlaku di Europa. Organisma tidak akan mempunyai akses cepat ke permukaan. Sekiranya organisma di dalam Europa dapat bertahan tanpa cahaya matahari, maka ketebalan cangkang hanya penting. Bagaimanapun, organisma berfungsi dengan baik di dasar lautan Bumi dengan baik tanpa cahaya matahari, bertahan dengan tenaga kimia. Ini boleh berlaku di Europa sekiranya organisma hidup mungkin berasal dari persekitaran ini sejak awal.
Begitu juga, cangkang ais Europa mungkin jauh lebih tipis pada masa lalu, atau mungkin tidak ada pada suatu ketika dan lautan terdedah telanjang ke angkasa. Sekiranya itu benar, maka pelbagai organisma dapat berkembang, bergantung pada kimia dan masa. Sekiranya lautan mulai membeku, organisma yang masih hidup kemudian dapat berkembang ke persekitaran apa pun yang memungkinkan mereka bertahan, seperti gunung berapi di dasar laut (jika gunung berapi terbentuk sama sekali).
Bolehkah kita menjelajah seumur hidup di Europa jika cengkerang aisnya tebal?
Sekiranya kerak memang setebal ini, maka penggerudian atau pencairan melalui ais dengan robot yang ditambat adalah tidak praktikal! Walaupun begitu, kita dapat mencari kimia laut organik atau kehidupan di lokasi lain. Tantangannya adalah untuk kita merangka strategi pintar untuk menjelajah Europa yang tidak akan mencemarkan apa yang ada namun tetap menemukannya. Prospek tempurung ais yang tebal membatasi jumlah kemungkinan lokasi di mana kita mungkin menemui bahan lautan yang terdedah. Kemungkinan besar, bahan lautan harus disisipkan sebagai gelembung kecil atau poket atau sebagai lapisan di dalam ais yang telah dibawa ke permukaan dengan cara geologi lain. Tiga proses geologi dapat melakukan ini:
1. Kawah impak menggali bahan kerak dari dalam dan mengeluarkannya ke permukaan, di mana kita mungkin mengambilnya (50 tahun yang lalu kita dapat mengambil serpihan meteorit besi di sisi Kawah Meteor di Arizona, tetapi kebanyakannya telah dijumpai sekarang ). Malangnya, kawah yang paling terkenal di Europa, Tyre, menggali bahan dari kedalaman hanya 3 kilometer, tidak cukup dalam untuk mendekati lautan (kerana geometri dan mekanik, kawah menggali dari bahagian atas kawah, bukan yang lebih rendah). Sekiranya poket atau lapisan bahan laut dibekukan ke kerak pada kedalaman cetek, mungkin sampel oleh kawah hentaman. Sesungguhnya, lantai Tirus mempunyai warna yang sedikit lebih oren daripada kerak asli. Namun, kira-kira separuh dari Europa dilihat dengan baik oleh Galileo, jadi kawah yang lebih besar mungkin ada di sisi yang kurang dilihat. Kita mesti kembali untuk mengetahui.
2. Terdapat bukti kukuh bahawa cangkang es Europa agak tidak stabil dan telah (atau sedang) berfungsi. Ini bermaksud bahawa gumpalan bahan kerak dalam naik ke atas ke permukaan di mana kadang-kadang mereka terdedah sebagai kubah selebar beberapa kilometer (kira Lampu Lava, kecuali gumpalan itu adalah bahan padat lembut seperti Silly Putty). Sebarang bahan laut yang tertanam di kerak bawah kemudian dapat terkena permukaan. Proses ini boleh memakan masa ribuan tahun, dan pendedahan kepada radiasi maut Musytari tidak mesra sedikit pun! Tetapi sekurang-kurangnya kita dapat menyiasat dan mencuba apa yang masih ada.
3. Memaparkan permukaan permukaan Europa yang luas di mana cangkang es telah benar-benar terkoyak dan berpisah. Kawasan-kawasan ini tidak kosong tetapi telah dipenuhi dengan bahan baru dari bawah. Kawasan-kawasan ini sepertinya tidak dibanjiri oleh bahan lautan, melainkan oleh ais hangat yang lembut dari dasar kerak. Walaupun begitu, sangat mustahil bahan samudera dapat dijumpai di dalam bahan kerak baru ini.
Pemahaman kita tentang permukaan dan sejarah Europa masih sangat terhad. Proses yang tidak diketahui mungkin berlaku yang membawa bahan laut ke permukaan, tetapi hanya kembali ke Europa yang akan memberitahu.
Apa seterusnya untuk Europa?
Dengan pembatalan Europa Orbiter yang dicadangkan baru-baru ini kerana kos yang berlebihan, ini adalah masa yang tepat untuk mengkaji semula strategi kami untuk meneroka lautan Europa. Kapal selam bertali dan alat pengeboran mendalam agak tidak praktikal dalam kerak dalam, tetapi pendaratan permukaan sangat penting. Sebelum kita menghantar pendaratan ke permukaan, kita harus mengirim misi pengintaian, di orbit Musytari atau Europa, untuk mencari pendedahan bahan laut dan bintik-bintik tipis di kerak bumi, dan untuk mencari lokasi pendaratan terbaik. Misi seperti itu akan memanfaatkan kemampuan pemetaan inframerah yang jauh lebih baik untuk pengenalpastian mineral (bagaimanapun, instrumen Galileo hampir berusia 25 tahun). Instrumen stereo dan laser akan digunakan untuk pemetaan topografi. Bersama dengan kajian graviti, data ini dapat digunakan untuk mencari daerah yang agak tipis dari kerak es. Akhirnya, Galileo memerhatikan kurang dari separuh Europa pada resolusi yang cukup untuk pemetaan, termasuk kawah hentaman. Kawah di hemisfera yang kurang dilihat ini, misalnya, dapat menunjukkan sama ada kulit es Europa lebih tipis pada masa lalu.
Seorang Lander untuk Europa?
Pendarat dengan seismometer dapat mendengarkan gempa europa yang dihasilkan oleh kekuatan pasang surut harian yang dilakukan oleh Musytari dan Io. Gelombang seismik dapat digunakan untuk memetakan kedalaman dengan tepat ke dasar cangkang es, dan mungkin juga dasar lautan. Penganalisis kimia di kapal kemudian akan mencari molekul organik atau pelacak biologi lain dan berpotensi menentukan kimia lautan, salah satu petunjuk asas prospek Europa sebagai? Dihuni? planet. Pendarat seperti itu mungkin perlu menggerudi beberapa meter untuk melewati zon kerosakan radiasi di permukaan. Hanya setelah misi ini dapat dijalankan, barulah kita dapat memulakan penjelajahan sebenar bulan berukuran planet yang mengasyikkan ini. Untuk memartabatkan Monty Python, "Masih belum mati !?
Sumber Asal: Siaran Berita USRA
