Naukowcy z NASA potwierdzają obecność pary wodnej na Europie

Po lewej: zdjęcie Europy wykonane z odległości 2,9 mln km w dniu 2 marca 1979 roku przez sondę Voyager 1. W środku: kolorowe zdjęcie Europy wykonane przez sondę Voyager 2 podczas przelotu 9 lipca 1979 roku. Po prawej: zdjęcie Europy wykonane przez sondę Galileo pod koniec lat dziewięćdziesiątych.
Źródło: NASA/JPL

Czterdzieści lat temu sonda Voyager wykonała z bliska pierwsze zdjęcia Europy, jednego z 79 księżyców Jowisza. Na zdjęciach tych ujrzeliśmy brązowawe pęknięcia lodowej powierzchni księżyca, które przypominają żyłki na gałce ocznej. Realizowane w kolejnych dekadach misje do zewnętrznych rejonów Układu Słonecznego dostarczyły mnóstwo dodatkowych informacji o Europie, informacji wystarczających do tego, aby obiekt ten stał się jednym z ważniejszych celów dla badaczy poszukujących życia w przestrzeni kosmicznej.

Jedną z najciekawszych cech tego księżyca jest prawdopodobieństwo tego, że zawiera on wszystkie składniki niezbędne do powstania życia. Naukowcy posiadają już dowody na to, że jeden z tych składników – woda w stanie ciekłym – znajduje się pod lodową powierzchnią księżyca, a czasami wydostaje się na powierzchnię w trakcie silnych erupcji gejzerów. Jednak jak dotąd nikomu nie udało się potwierdzić obecności wody w tych gejzerach za pomocą bezpośrednich detekcji cząsteczek wody. Teraz, międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez NASA Goddard Space Flight Center jako pierwszy wykrył parę wodną tuż nad powierzchnią Europy. Badaczom udało się zmierzyć ilość pary wodnej za pomocą jednego z największych teleskopów na Ziemi, znajdującego się na Hawajach.

Potwierdzenie obecności pary wodnej nad powierzchnią Europy pomaga naukowcom lepiej zrozumieć aktywność wnętrza księżyca. Dla przykładu, odkrycie to wzmacnia teorię, że pod powierzchnią księżyca faktycznie znajduje się ocean ciekłej wody, zawierający dwa razy więcej wody niż wszystkie oceany na Ziemi. Alternatywnym źródłem wody w gejzerach mogą być, według niektórych naukowców, płytkie zbiorniki stopionego lodu wodnego, znajdujące się tuż pod powierzchnią księżyca. Możliwe także, że silne pole magnetyczne Jowisza wybija cząsteczki wody z lodowej skorupy Europy, aczkolwiek ostatnie badania nie wspierają teorii, według której mechanizm ten może być źródłem obserwowanej pary wodnej.

“Kluczowe pierwiastki chemiczne (węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor i siarka) oraz źródło energii (dwa z trzech wymogów życia), można znaleźć w dowolnym miejscu w układzie słonecznym. Jednak trzeci – woda w stanie ciekłym – to coś niespotykanego poza ziemią” mówi Lucas Paganini, planetolog z NASA, który kierował badaniami nad wodą. “Choć naukowcy jeszcze bezpośrednio nie zaobserwowali wody w stanie ciekłym, udało się im odkryć coś równie dobrego – wodę w formie pary”.

Paganini oraz jego zespół donoszą w periodyku Nature Astronomy z dnia 18 listopada br, że odkryli wystarczająco dużo wody uwalnianej z Europy (2360 kg na sekundę), aby w ciągu kilku minut napełnić basen olimpijski.

Zespół Paganiniego wykrył słaby ale wyraźny sygnał pary wodnej tylko raz w trakcie trwających 17 nocy obserwacji prowadzonych między 2016 a 2017 rokiem. Przyglądając się księżycowi z Obserwatorium W. M. Kecka na szczycie Mauna Kea, naukowcy dostrzegli cząsteczki wody w atmosferze księżyca.

Aby tego dokonać, badacze wykorzystali spektrograf zainstalowany w Obserwatorium Kecka, mierzący skład chemiczny atmosfer planetarnych na podstawie emitowanego lub blokowanego przez nie światła podczerwonego. Związki takie jak woda emitują promieniowanie na konkretnych częstotliwościach w trakcie oddziaływania z promieniowaniem słonecznym.

Cząsteczki wody emitują promieniowanie podczerwone na określonych częstotliwościach gdy reagują z promieniowaniem słonecznym. Źródło: Michael Lentz/NASA Goddard

Historia odkrycia

Przed omawianym wykryciem pary wodnej, naukowcy odkrywali już wiele ciekawych cech Europy. Pierwsze odkrycie pojawiło się wraz z sondą Galileo, która mierzyła perturbacje pola magnetycznego Jowisza w pobliżu Europy, w trakcie swojej misji trwającej od 1995 do 2003 roku. Pomiary wskazywały naukowcom, że przewodząca elektryczność ciecz, np. słony ocean pod lodową powierzchnią Europy, odpowiada za obserwowane zaburzenia magnetyczne. Gdy badacze przeanalizowany owe zaburzenia magnetyczne dokładniej w 2018 roku, odkryli dowody na możliwe gejzery.

W międzyczasie, naukowcy ogłosili w 2013 roku, że wykorzystali Kosmiczny Teleskop Hubble’a do wykrycia wodoru (H) i tlenu (O) – składników H2O – w konfiguracji gejzerowej w atmosferze Europy. Kilka lat później, inni naukowcy wykorzystali Hubble’a do zebrania dodatkowych informacji o możliwych erupcjach gejzerów, gdy wykonali zdjęcia przypominających palce cieni, które pojawiły się w jego zarysie gdy księżyc przechodził na tle Jowisza.

Badania prowadzone przez Roth, oraz inne wcześniejsze odkrycia na Europie, pozwalały na pomiary składników wody nad powierzchnią. Problem w tym, że wykrycie pary wodnej na innym globie stanowi nie lada wyzwanie. Istniejące sondy kosmiczne mają ograniczone możliwości do wykrywania go, a naukowcy korzystający z teleskopów naziemnych do wykrywania wody w przestrzeni kosmicznej, muszą uwzględnić zaburzający wpływ wody znajdującej się w ziemskiej atmosferze. Aby zminimalizować te efekty, zespół Paganiniego wykorzystał złożone modele matematyczne do symulowania warunków ziemskiej atmosfery, aby oddzielić wodę w atmosferze Ziemi od wody w atmosferze Europy.

“Powzięliśmy wszelkie środki ochrony, aby usunąć zanieczyszczenia związane z obserwacjami naziemnymi” mówi Avi Manell, planetolog z zespołu Paganiniego. “Ale będziemy musieli w końcu dotrzeć na Europę, aby zobaczyć co tam tak naprawdę się dzieję.

Naukowcy wkrótce będą mieli okazję, aby zbliżyć się do Europy i rozwiązać niektóre z jej zagadek. Nadchodząca sonda Europa Clipper, której start planowany jest na połowę lat dwudziestych, zwieńczy niemal pół wieku badań Europy, które rozpoczęły się od niepozornego zdjęcia tajemniczej, żylastej kulki.

Po dotarciu do Europy, Clipper przeprowadzi szczegółowy przegląd powierzchni Europy, jej wnętrza, cienkiej atmosfery, oceanu podpowierzchniowego, a nawet mniejszych aktywnych gejzerów. Clipper spróbuje wykonać zdjęcia gejzerów i pobrać próbki związków znajdujących się w atmosferze za pomocą spektrometrów masowych. Sonda będzie poszukiwała także miejsca lądowania potencjalnego przyszłego lądownika.

Źródło: NASA

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.