Europa’nın gizli okyanusuna ulaşmak neden bilim adamlarının düşündüğünden daha zor olabilir?

Jüpiter’in buzlu uydularından biri olan Europa, donmuş kabuğunun altında yatan şey nedeniyle bilim adamlarını uzun zamandır büyülemiştir: küresel bir sıvı su okyanusu. Bu gizli okyanus, Europa’yı güneş sistemindeki yaşamı destekleyebilecek koşulların araştırılması için en ilgi çekici yerlerden biri haline getirdi. Ancak Rutgers bilim insanı Lujendra Ojha tarafından yürütülen yeni araştırma, Avrupa okyanusuna giden en umut verici kısayollardan birinin önceden düşünülenden çok daha karmaşık olabileceğini öne sürüyor.

Yayınlanan bir çalışmada Doğa AstronomiOjha ve meslektaşları, Europa’nın derin okyanusundan gelen sıvı suyun buzdaki çatlaklardan çıkıp yüzeye daha yakın sığ rezervuarlarda toplanıp toplanamayacağını test etmek için bilgisayar simülasyonları kullandı. Bu tür rezervuarlar, eğer varsa, gelecekteki görevler için, çok aşağıda gömülü olan okyanusu tespit etmek veya örnek almak daha kolay olabilir.

Rutgers Sanat ve Bilim Okulu Dünya ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde doçent olan Ojha, “Çözmek istediğimiz gizem, bu yolculuğun gerçekten mümkün olup olmadığıydı” dedi. “Sıvı su, Europa’nın derin okyanusundan yüzeye doğru donmadan yükselebilir mi?”

Vardıkları sonuç: Derin okyanustan sığ buza giden yol muhtemelen bilim adamlarının varsaydığından çok daha zordur.

Ojha, “Buzlu bir kabuk var, altında su var ve bu suyun yerin derinliklerinden nasıl gelebileceğine ve yolda donmadan yukarıya kadar çıkabileceğine dair tüm spekülasyonlar var” dedi. “Bu gerçekten de çürüttüğümüzü düşündüğümüz şey.”

Sığ su yanıltıcı olabilir

Bulgunun Avrupa’nın gelecekteki keşifleri için önemli sonuçları var. Ay yüzeyinin altında sığ sıvı su cepleri bulunursa, bunların Europa’nın derin okyanusundan gelen suyu içermesi gerekmeyebilir. Bunun yerine, yerel olarak kabuğun içinde eriyen buzdan oluşmuş olabilirler.

Bu ayrım önemlidir. Bilim insanları Europa’yla ilgileniyor çünkü sıvı su, kimya ve enerji, Dünya’nın ötesinde yaşanabilir ortamlar arayışında temel bileşenlerdir. Sığ bir rezervuara ulaşmak derin okyanusa ulaşmaktan daha kolay olacaktır. Ancak eğer bu rezervuar okyanusa bağlı değilse, Europa’nın en ilgi çekici ortamında neler olup bittiğini ortaya çıkarmayabilir.

Çalışma, iki büyük uzay aracı misyonunun Jüpiter sistemine doğru yola çıktığı sırada geldi. NASA’nın Europa Clipper misyonu Ekim 2024’te fırlatıldı ve Nisan 2030’da Jüpiter’e varması planlanıyor; burada gezegenin yörüngesine girecek ve Europa’ya 49 yakın uçuş yapacak.

Avrupa Uzay Ajansı’nın JUICE olarak bilinen Jüpiter Buzlu Ay Kaşifi misyonu Nisan 2023’te fırlatıldı ve Temmuz 2031’de Jüpiter’e varması planlanıyor.

Görevlerin birlikte, bilim adamlarına Europa’nın buz kabuğu, yüzey bileşimi ve olası yeraltı suyu hakkında çok daha ayrıntılı bir görünüm sunması bekleniyor. Europa Clipper’ın radar cihazı, bilim adamlarının sığ rezervuarların var olup olmadığını ve nasıl yapılandırıldıklarını belirlemelerine yardımcı olabilir.

Çatlaklar çok hızlı donabilir

Europa’nın aşırı soğuk yüzeyinin altında küresel bir okyanus sıvı kalabilir çünkü Jüpiter’in güçlü yerçekimi, ayı sürekli olarak sıkıştırıp uzatarak, üstteki buz kabuğu tarafından hapsedilen iç ısıyı üretir.

Çalışma, teorik olarak okyanustan gelen suyun buzun içinden yukarı doğru yükselmesine izin verebilecek setlere, dar çatlaklara veya kırıklara odaklanıyor. Bu fikir, erimiş kayanın volkanik aktiviteyi beslemeden önce Dünya üzerindeki çatlaklardan geçmesine benzer. Buzlu dünyalarda bu süreç, kriyovolkanizma veya erimiş kaya yerine buz ve su içeren volkanizma olarak bilinir.

Ojha, karşılaştırmanın yalnızca bir noktaya kadar yararlı olduğunu söyledi.

“Buz ve sıvı su, lavlardan ve burada Dünya’da gördüğümüz volkanlardan temel olarak farklıdır” dedi. “Bence burada bazı temel fizik eksikleri var ve ben de bunu araştırmak istedim.”

Ojha, eksik parçalardan birinin türbülans olduğunu söyledi. Daha önceki modeller genellikle Europa’nın buzundan yükselen suyu sanki nispeten düzenli bir şekilde hareket ediyormuş gibi ele alıyordu. Ancak Rutgers liderliğindeki simülasyonlar, suyun muhtemelen hızlı ve çalkantılı bir şekilde çatlaklar boyunca hareket edeceğini, çatlağın soğuk duvarlarına karışacağını ve çevredeki buza hızla ısı kaybedeceğini öne sürüyor.

Ojha, “Yukarı çıkacak bu su çalkantılı olacak” dedi. “Sola ve sağa olacak, yukarı ve aşağı olacak, dönme hareketi yapacak. Ve bu gerçekleştiğinde, sıvı su yüzeye yaklaştıkça çok çok hızlı soğuyacak.”

Su soğudukça aşırı soğuyabilir, yani normal donma sıcaklığının altına düştükten sonra bile sıvı kalır. Bu koşullar altında frazil buz adı verilen küçük buz kristalleri oluşabilir, birikebilir ve yolu tıkayabilir.

Simülasyonlar, dar çatlakların saatler içinde donarak kapanabileceğini gösteriyor. İdeal koşullar altında daha geniş çatlaklar daha fazla su taşıyabilir, ancak türbülans bu senaryoları çok daha az elverişli hale getiriyor. Araştırmacılar, Europa’nın bazı yüzey özelliklerini oluşturmaya yetecek kadar su sağlamak için çatlakların gerçekçi olmayacak kadar uzun olması veya çok sayıda meydana gelmesi gerektiğini buldu.

Beklenenden daha sert bir bariyer

Sonuç, sığ suyun, eğer mevcutsa, birçok bilim insanının umduğundan farklı bir kökene sahip olabileceği bir Avrupa resmidir. Su doğrudan okyanustan yükselmek yerine, buz kabuğunun içinde lokal olarak ısıtılıp eritilerek üretilebilir.

Ojha, “Çalışmamız, Europa’nın buz kabuğunun okyanus ile yüzey arasında önceden varsayıldığından daha güçlü bir bariyer olabileceğini öne sürüyor” dedi. “Bu, gelecekteki misyonların bulduklarını yorumlamalarına ve yaşanabilirlik işaretlerini nerede arayacaklarını daha iyi anlamalarına yardımcı oluyor.”