Introduction
Dekady temu, science fiction oferowało hipotetyczny scenariusz: Co by było, gdyby obce życie kwitło w oceanie pod lodową powierzchnią księżyca Jowisza – Europy? Wyobrażenie to wyciągnęło Europę z niewiedzy w światło reflektorów, gdzie pozostała do dziś, podsycając wyobraźnię ludzi zarówno ze społeczności naukowej, jak i spoza niej, którzy fantazjują o odkryciu przez ludzi życia poza Ziemią. Ta fantazja, jednakże, może być osadzona w rzeczywistości.
Z naziemnych teleskopów naukowcy wiedzieli, że powierzchnia Europy to głównie lód wodny, a naukowcy znaleźli mocne dowody na to, że pod lodową skorupą znajduje się ocean ciekłej wody lub lodu w postaci brei. W 1979 roku dwie sondy kosmiczne Voyager przeleciały przez układ Jowisza, dostarczając pierwszych wskazówek, że Europa może zawierać wodę w stanie ciekłym. Następnie naziemne teleskopy na Ziemi, wraz z sondą kosmiczną Galileo i teleskopami kosmicznymi, zwiększyły pewność naukowców co do istnienia oceanu Europan.
Naukowcy uważają, że lodowa skorupa Europy ma grubość od 10 do 15 mil (15 do 25 kilometrów), pływa na oceanie o głębokości od 40 do 100 mil (60 do 150 kilometrów). Tak więc podczas gdy Europa ma tylko jedną czwartą średnicy Ziemi, jej ocean może zawierać dwa razy więcej wody niż wszystkie ziemskie oceany razem wzięte. Ogromny i niezgłębiony ocean Europy jest powszechnie uważany za najbardziej obiecujące miejsce do poszukiwania życia poza Ziemią. Przechodzący statek kosmiczny może nawet być w stanie pobrać próbki oceanu Europy bez lądowania na powierzchni księżyca, ponieważ możliwe jest, że ocean Europy może wyciekać w przestrzeń kosmiczną.
Podczas gdy sonda kosmiczna Galileo znajdowała się w układzie Jowisza w latach 90. nie zaobserwowano żadnych pióropuszy, nowsze obserwacje z teleskopów takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a, a także ponowna analiza niektórych danych z sondy kosmicznej Galileo, zasugerowały, że możliwe jest, iż cienkie pióropusze wody są wyrzucane 100 mil (160 kilometrów) nad powierzchnią Europy. W listopadzie 2019 r. międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez NASA ogłosił, że po raz pierwszy bezpośrednio wykrył parę wodną nad powierzchnią Europy. Zespół zmierzył parę za pomocą spektrografu w Obserwatorium Keck na Hawajach, który mierzy skład chemiczny atmosfer planetarnych poprzez światło podczerwone, które emitują lub absorbują.
Jeśli pióropusze istnieją, i jeśli ich źródło jest związane z oceanem Europy, wtedy statek kosmiczny mógłby podróżować przez pióropusz, aby pobrać próbki i przeanalizować je z orbity, i to w zasadzie byłoby analizowanie oceanu księżyca (sonda Cassini wykonała ten wyczyn na księżycu Saturna Enceladus, który jest znany z posiadania oceanu rozpryskującego się w przestrzeni). Nawet jeśli Europa nie wyrzuca darmowych próbek w kosmos, badanie z 2018 roku wykazało, że próbki oceanu Europy mogą zostać zamrożone w podstawie lodowej skorupy księżyca, gdzie lód styka się z oceanem. Gdy lodowa skorupa odkształca się i wygina od sił pływowych, cieplejszy i mniej gęsty lód podniósłby się, przenosząc próbki oceanu na powierzchnię, gdzie statek kosmiczny mógłby je zdalnie przeanalizować, używając między innymi instrumentów podczerwieni i ultrafioletu. Naukowcy mogliby wtedy zbadać skład materiału, by określić, czy ocean Europy może być gościnny dla jakiejś formy życia.
Potencjał życia
Potencjał życia
Życie, jakie znamy, wydaje się mieć trzy główne wymagania: ciekłą wodę, odpowiednie pierwiastki chemiczne i źródło energii.
Astrobiolodzy – naukowcy, którzy badają pochodzenie, ewolucję i przyszłość życia we wszechświecie – wierzą, że Europa ma obfitą wodę i odpowiednie pierwiastki chemiczne, ale źródło energii na Europie było trudne do potwierdzenia. Na Ziemi znaleziono formy życia rozwijające się w pobliżu podziemnych wulkanów, głębinowych kominów wentylacyjnych i innych ekstremalnych środowisk. Te „ekstremofilne” formy życia dają naukowcom wskazówki na temat tego, jak życie może być w stanie przetrwać pod lodową skorupą Europy.
Jeśli w końcu znajdziemy jakąś formę życia na Europie (lub Marsie czy Enceladusie), może ona wyglądać jak mikroby, a może coś bardziej złożonego. Jeśli można wykazać, że życie uformowało się niezależnie w dwóch miejscach wokół tej samej gwiazdy, rozsądnie byłoby podejrzewać, że życie pojawia się we wszechświecie dość łatwo, gdy tylko niezbędne składniki są obecne, i że życie może być znalezione w całej naszej galaktyce i wszechświecie. Jeśli życie zostałoby znalezione na Europie, jak mogłoby to zmienić twój pogląd na kosmos i nasze w nim miejsce?
Rozmiar i odległość
Rozmiar i odległość
Z równikową średnicą 1,940 mil (3,100 kilometrów), Europa jest około 90 procent wielkości ziemskiego Księżyca. Więc jeśli zastąpilibyśmy nasz Księżyc przez Europę, pojawiłby się on na niebie mniej więcej tej samej wielkości co nasz Księżyc, ale jaśniejszy – dużo, dużo jaśniejszy. Powierzchnia Europy jest zbudowana z lodu wodnego, więc odbija 5,5 razy więcej światła słonecznego niż nasz Księżyc.
Europa krąży wokół Jowisza w odległości około 417 000 mil (671 000 kilometrów) od planety, która sama krąży wokół Słońca w odległości około 500 milionów mil (780 milionów kilometrów), czyli 5,2 jednostki astronomicznej (AU). Jedna AU to odległość od Ziemi do Słońca. Światło ze Słońca potrzebuje około 45 minut, aby dotrzeć do Europy. Ze względu na odległość, światło słoneczne jest około 25 razy słabsze na Jowiszu i Europie niż na Ziemi.
Orbita i rotacja
Orbita i rotacja
Europa okrąża Jowisza co 3,5 dnia i jest połączona grawitacyjnie z Jowiszem, więc ta sama półkula księżyca zawsze zwrócona jest w stronę planety. Jowisz potrzebuje około 4,333 dni ziemskich (lub około 12 lat ziemskich), aby okrążyć Słońce (rok jowiszowy). Równik Jowisza (oraz płaszczyzna orbity jego księżyców) są nachylone w stosunku do orbitalnej drogi Jowisza wokół Słońca tylko o 3 stopnie (Ziemia jest nachylona o 23,5 stopnia). Oznacza to, że Jowisz obraca się prawie pionowo, dzięki czemu planeta, jak również Europa i dziesiątki innych księżyców Jowisza, nie mają tak skrajnych pór roku jak inne planety.
Jowiszowe księżyce Io, Europa i Ganimede są w tak zwanym rezonansie – za każdym razem Ganimede okrąża Jowisza raz, Europa dwa razy, a Io cztery razy. Z czasem orbity większości dużych satelitów lub planet mają tendencję do stawania się okrągłymi, ale w przypadku tych trzech satelitów rezonans wytwarza wymuszoną ekscentryczność, ponieważ satelity ustawiają się względem siebie w tych samych punktach swoich orbit w kółko, dając sobie nawzajem mały grawitacyjny impuls, który powstrzymuje ich orbity przed staniem się okrągłymi.
Ponieważ orbita Europy jest eliptyczna (lekko rozciągnięta od kołowej), jej odległość od Jowisza zmienia się, a bliższa strona księżyca odczuwa grawitację Jowisza silniej niż jego dalsza strona. Wielkość tej różnicy zmienia się podczas orbitowania Europy, tworząc pływy, które rozciągają i rozluźniają powierzchnię księżyca.
Fleksja od pływów prawdopodobnie tworzy pęknięcia na powierzchni księżyca. Jeśli ocean Europy istnieje, ogrzewanie pływowe może również prowadzić do aktywności wulkanicznej lub hydrotermalnej na dnie morskim, dostarczając składników odżywczych, które mogłyby uczynić ocean odpowiednim dla istot żywych.
Struktura
Struktura
Podobnie jak nasza planeta, Europa ma żelazne jądro, skalisty płaszcz i ocean słonej wody. Jednak w przeciwieństwie do Ziemi, ocean Europy leży pod skorupą lodu o grubości prawdopodobnie 10 do 15 mil (15 do 25 kilometrów), a jego głębokość szacuje się na 40 do 100 mil (60 do 150 kilometrów). Chociaż dowody na istnienie wewnętrznego oceanu są mocne, jego obecność czeka na potwierdzenie przez przyszłą misję.
Formacja
Formacja
Duże galileuszowe satelity Jowisza (Io, Europa, Ganymede i Callisto) prawdopodobnie uformowały się z resztek materiału po tym, jak Jowisz skondensował się z początkowego obłoku gazu i pyłu otaczającego Słońce, na początku historii Układu Słonecznego. Te cztery księżyce są prawdopodobnie w tym samym wieku, co reszta Układu Słonecznego – około 4,5 miliarda lat.
W rzeczywistości satelity Galileusza są czasami nazywane „mini Układem Słonecznym”, ponieważ uformowały się z resztek Jowisza, podobnie jak Ziemia i inne planety uformowały się z gazu i pyłu pozostałego po formowaniu się naszego Słońca. Podobieństwa na tym się nie kończą. Każda planeta w wewnętrznym Układzie Słonecznym ma mniejszą gęstość niż jej wewnętrzny sąsiad – Mars ma mniejszą gęstość niż Ziemia, która ma mniejszą gęstość niż Wenus, która ma mniejszą gęstość niż Merkury. Księżyce galileuszowe działają według tej samej zasady – mają tym mniejszą gęstość, im dalej znajdują się od Jowisza. Zmniejszona gęstość w większych odległościach jest prawdopodobnie spowodowana temperaturą: gęstszy, skalisty i metalowy materiał kondensuje się jako pierwszy, blisko Jowisza lub Słońca, podczas gdy lżejszy materiał lodowy kondensuje się tylko w większych odległościach, gdzie jest chłodniej.
Odległość od Jowisza określa również jak bardzo satelity Galileusza są ogrzewane przez pływy – Io, najbliżej Jowisza, jest ogrzewany tak bardzo, że jest najbardziej aktywnym wulkanicznie ciałem w Układzie Słonecznym i prawdopodobnie dawno temu wyparł wodę, którą miał, gdy się formował. Europa ma warstwę lodu i wody na wierzchu skalistego i metalowego wnętrza, podczas gdy Ganymede i Callisto mają wyższy udział lodu wodnego, a więc niższą gęstość.
Powierzchnia
Powierzchnia
Wodno-lodowa powierzchnia Europy jest poprzecinana długimi, liniowymi pęknięciami. Na podstawie niewielkiej liczby widocznych kraterów, powierzchnia tego księżyca wydaje się mieć nie więcej niż 40 do 90 milionów lat, co jest młodzieńczym wiekiem w kategoriach geologicznych (powierzchnia Callisto, innego księżyca Jowisza, szacowana jest na kilka miliardów lat). Wzdłuż wielu pęknięć Europy, oraz w plamistych wzorach na jej powierzchni, znajduje się czerwono-brązowy materiał, którego skład nie jest znany na pewno, ale prawdopodobnie zawiera sole i związki siarki, które zostały zmieszane z lodem wodnym i zmodyfikowane przez promieniowanie. Ten skład powierzchni może zawierać wskazówki dotyczące potencjału księżyca jako świata nadającego się do zamieszkania.
Sonda kosmiczna Galileo należąca do NASA badała system Jowisza od 1995 do 2003 roku i wykonała liczne przeloty nad Europą. Galileo ujawnił dziwne wgłębienia i kopuły, które sugerują, że warstwa lodu na Europie może być powoli kurcząca się lub konwekcyjna (chłodniejszy, gęstszy lód opada, podczas gdy cieplejszy, mniej gęsty unosi się) z powodu ciepła z dołu. Długie, liniowe pęknięcia mają często tylko 1-2 kilometry szerokości, ale mogą rozciągać się na tysiące kilometrów przez powierzchnię Europy. Niektóre z tych pęknięć utworzyły grzbiety wysokie na setki metrów, podczas gdy inne wydają się być rozerwane na szerokie pasma wielu równoległych pęknięć. Galileo znalazł również regiony zwane „terenami chaosu”, gdzie połamane, blokowe krajobrazy pokryte były tajemniczym czerwonawym materiałem. W 2011 roku naukowcy badający dane z Galileo zaproponowali, że tereny chaosu mogą być miejscami, w których powierzchnia zapadła się nad jeziorami w kształcie soczewek osadzonych w lodzie.
Atmosfera
Atmosfera
Europa ma tylko wątłą atmosferę tlenu, ale w 2013 roku NASA ogłosiła, że naukowcy używający Kosmicznego Teleskopu Hubble’a znaleźli dowody na to, że Europa może aktywnie odprowadzać wodę w przestrzeń kosmiczną. Oznaczałoby to, że księżyc jest geologicznie aktywny w dzisiejszych czasach. Jeśli zostanie to potwierdzone przez kolejne obserwacje, pióropusze wody mogłyby być badane przez przyszłe sondy kosmiczne, podobnie jak Cassini badał pióropusz księżyca Saturna Enceladus.
Magnetosfera
Magnetosfera
Jeden z najważniejszych pomiarów dokonanych przez misję Galileo pokazał, jak pole magnetyczne Jowisza zostało zakłócone w przestrzeni wokół Europy. Pomiary te silnie sugerowały, że specjalny rodzaj pola magnetycznego jest tworzony (indukowany) w Europie przez głęboką warstwę elektrycznie przewodzącego płynu pod powierzchnią. Bazując na lodowym składzie Europy, naukowcy uważają, że najbardziej prawdopodobnym materiałem do tworzenia tej sygnatury magnetycznej jest globalny ocean słonej wody, a ten wynik pomiaru pola magnetycznego jest wciąż najlepszym dowodem na istnienie oceanu na Europie.