Neues Modell legt nahe, dass Europa einen sauerstoffreichen Ozean hat, der der Erde sehr ähnlich ist

Jupiter Der Mond Europa ist ein Hauptkandidat bei der Suche nach Leben. Der gefrorene Mond verfügt über einen unterirdischen Ozean, und es gibt Hinweise darauf, dass er warm, salzig und reich an lebenswichtiger Chemie ist.

Das zeigen neue Untersuchungen der Mond zieht Sauerstoff unter seine eisige Hülle, wo er einfaches Leben ernähren könnte.

Ob Europa Leben in seinem unterirdischen Ozean aufrechterhalten kann oder nicht, ist höchst fraglich, und die Debatte bleibt im Wesentlichen neutral, bis die NASA das schickt Europa Clipper Dort.

Die Mission nach Europa muss sorgfältig geplant werden, und die NASA basiert einen Teil des Designs auf den spezifischen Fragen, die Wissenschaftler mit dem Clipper beantworten möchten. Wir können kein Raumschiff nach Europa schicken und ihm sagen, dass es Leben finden soll.

Die NASA entwirft Missionen mit Blick auf große Fragen, kann aber nur kleinere, spezifische Fragen beantworten. Deshalb untersuchen Wissenschaftler verschiedene Aspekte Europas und führen Simulationen durch, um die Fragen zu verfeinern, die die Mission stellen muss.

Bei einer dieser Fragen steht Sauerstoff im Mittelpunkt. Es könnte der letzte Schritt zum Verständnis der Bewohnbarkeit Europas sein.

Europa hat, oder wir glauben, dass es das meiste von dem hat, was das Leben braucht, um sich selbst zu erhalten. Wasser ist die Hauptzutat, und in seinem unterirdischen Ozean gibt es reichlich Wasser. Europa hat mehr Wasser als die Ozeane der Erde.

Es enthält auch die erforderlichen chemischen Nährstoffe. Leben braucht Energie, und die Energiequelle Europas sind die Gezeitenbewegungen des Jupiter, die sein Inneres erwärmen und verhindern, dass der Ozean zu Eis erstarrt. Für die meisten Wissenschaftler sind dies ziemlich gesicherte Tatsachen.

Der gefrorene Mond verfügt auch über Sauerstoff an seiner Oberfläche, ein weiterer interessanter Hinweis auf Bewohnbarkeit. Der Sauerstoff entsteht, wenn Sonnenlicht und geladene Teilchen vom Jupiter auf die Mondoberfläche treffen.

Aber es gibt ein Problem: Europas dicke Eisdecke ist eine Barriere zwischen Sauerstoff und dem Ozean. Die Oberfläche Europas ist fest gefroren, daher müsste sich jedes Leben in seinem riesigen Ozean befinden.

Wie gelangt Sauerstoff von der Oberfläche in den Ozean?

Laut einem neuen Forschungsbrief könnten Salzwasserbecken in der eisigen Hülle Europas den Sauerstoff von der Oberfläche in den Ozean transportieren. Der Forschungsbrief lautet: Abwärtstransport von Oxidationsmitteln durch die Eishülle Europas durch dichtebedingte Soleversickerung, ' in der Zeitschrift veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe .

Der Hauptautor ist Marc Hesse, Professor am Department of Geological Sciences der UT Jackson School of Geosciences.

Diese Salzbecken befinden sich an Stellen in der Schale, an denen aufgrund der Konvektionsströmungen im Ozean etwas Eis schmilzt. Europa ist berühmt und fotogen Chaos-Gelände bildet sich oberhalb dieser Becken.

( NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill )

Chaos-Terrain bedeckt etwa 25 Prozent der gefrorenen Oberfläche Europas. Chaosgelände ist ein Ort, an dem Grate, Risse, Verwerfungen und Ebenen durcheinandergewürfelt sind.

Es gibt kein klares Verständnis über die genauen Ursachen des Chaos-Terrains, obwohl es wahrscheinlich mit der ungleichmäßigen Erwärmung und dem Schmelzen des Untergrunds zusammenhängt. Einige der berühmtesten Bilder Europas heben dieses seltsam schöne Merkmal hervor.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Eisdecke Europas etwa 15 bis 25 Kilometer (10 bis 15 Meilen) dick ist. A Studie 2011 fanden heraus, dass sich das Chaos-Terrain auf Europa möglicherweise über riesigen Seen mit flüssigem Wasser befindet, die nur 3 km (1,9 Meilen) unter dem Eis liegen.

Diese Seen sind nicht direkt mit dem unterirdischen Ozean verbunden, können aber in diesen abfließen. Laut dieser neuen Studie können sich die Salzseen mit Oberflächensauerstoff vermischen und im Laufe der Zeit große Mengen Sauerstoff an den tieferen Ozean unter der Oberfläche abgeben.

„Unsere Forschung rückt diesen Prozess in den Bereich des Möglichen“, sagte Hessen. „Es bietet eine Lösung für eines der größten Probleme der Bewohnbarkeit des unterirdischen Ozeans Europa.“

Die Forscher zeigten in ihrer Simulation, wie Sauerstoff durch das Eis transportiert wird.

(Hesse et al., Geophys. Res. Lett., 2022)

Über: Diese Abbildung zeigt, wie Oxidationsmittel im Oberflächeneis Europas erzeugt und verteilt werden. Radiolyse zerstäubt H ₂ O in H ₂ und O, wobei O zu O rekombiniert ₂ . Einige der O ₂ wird in die Mondatmosphäre freigesetzt, der größte Teil kehrt jedoch zum eisigen Regolith zurück und wird in Blasen eingeschlossen. Die Blasen sind das dominierende oberflächennahe Reservoir für Oxidationsmittel. Im Laufe der Jahrtausende können die Blasen bis in den Ozean vordringen.

Die mit Sauerstoff beladene Sole bewegt sich in einer Porositätswelle in den unterirdischen Ozean. Eine Porositätswelle transportiert die Sole durch das Eis, indem sie die Poren im Eis vorübergehend erweitert, bevor sie sich schnell wieder verschließt. Über Jahrtausende hinweg transportieren diese Porositätswellen die sauerstoffreiche Sole in den Ozean.

Der Zusammenhang zwischen Chaosgelände und Sauerstofftransport ist nicht völlig klar. Wissenschaftler glauben jedoch, dass durch die Gezeitenerwärmung verursachte konvektive Aufschwünge das Eis teilweise schmelzen lassen und sich als ungeordnetes Chaos auf der Oberfläche manifestieren. Das Eis unter der Sole muss geschmolzen oder teilweise geschmolzen sein, damit die sauerstoffreiche Sole in den Ozean abfließen kann.

„Damit diese Solen abfließen können, muss das darunter liegende Eis durchlässig und daher teilweise geschmolzen sein. „Frühere Studien zeigen, dass die Gezeitenerwärmung die Temperatur der Aufschwünge im konvektiven Teil der Eishülle Europas bis zum Schmelzpunkt von reinem Eis erhöht“, so die Autoren schreiben .

„Angesichts der Tatsache, dass sich wahrscheinlich chaotische Gebiete bilden werden.“ diapirische Aufschwünge „Es ist plausibel, dass das darunter liegende Eis teilweise geschmolzen ist“, heißt es in dem Brief sagt . Das Vorhandensein von NaCl im verbindenden Eis erhöht wahrscheinlich die Schmelze.

Die Oberfläche Europas ist bitterkalt, aber nicht kalt genug, um so schnell wieder zu gefrieren, dass kein Sauerstoff mehr in Salzlaken transportiert werden kann. An den Polen des Mondes steigt die Temperatur nie über minus 220 °C (370 °F).

Aber das Modell Ergebnisse „…zeigen, dass das Wiedergefrieren an der Oberfläche zu langsam ist, um den Abfluss der Sole zu stoppen und die Oxidationsmittelabgabe an den inneren Ozean zu verhindern.“

Obwohl Europas Oberflächeneis fest gefroren ist, ist das Eis darunter konvektiv, was das Gefrieren verzögert. Und einige Untersuchungen zeigen, dass die Der Meeresboden kann vulkanisch sein .

Die Studie sagt dass etwa 86 Prozent des an der Oberfläche Europas aufgenommenen Sauerstoffs in den Ozean gelangen. Im Laufe der Mondgeschichte könnte sich dieser Prozentsatz stark verändert haben.

Doch die höchste Schätzung des Modells der Forscher führt zu einem sauerstoffreichen Ozean, der dem der Erde sehr ähnlich ist. Könnte etwas unter dem Eis leben?

„Es ist verlockend, sich eine Art aerobe Organismen vorzustellen, die direkt unter dem Eis leben.“ sagte Co-Autor Steven Vance, Forschungswissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und Leiter der Planetary Interiors and Geophysics Group.

Kevin Hand ist einer der vielen Wissenschaftler, die sich sehr für Europa, sein Lebenspotenzial und die bevorstehende Europa-Clipper-Mission interessieren. Hand ist ein NASA/JPL-Wissenschaftler, dessen Arbeit sich auf Europa konzentriert. Er hofft, dass Hesse und seine Forscherkollegen das Sauerstoffproblem in den gefrorenen Mondozeanen gelöst haben.

„Wir wissen, dass Europa nützliche Verbindungen wie Sauerstoff auf seiner Oberfläche hat, aber gelangen diese auch in den darunter liegenden Ozean, wo das Leben sie nutzen kann?“ Er fragte . „In der Arbeit von Hesse und seinen Mitarbeitern scheint die Antwort ja zu sein.“

Welche Fragen kann der Europa Clipper stellen, die diese Ergebnisse bestätigen könnten?

Der Clipper ist die erste Mission, die Europa gewidmet ist. Wir glauben, dass wir viele Dinge über Europa wissen, die wir nicht bestätigen konnten. Der Clipper wurde entwickelt, um drei größere Ziele zu erreichen:

• Untersuchen Sie die Zusammensetzung des Ozeans, um festzustellen, ob er über die notwendigen Bestandteile verfügt, um Leben zu erhalten.
• Untersuchen Sie die Geologie des Mondes, um zu verstehen, wie sich die Oberfläche gebildet hat, einschließlich des Chaos-Terrains.
• Bestimmen Sie die Dicke der Eisschale und ob sich darin und darunter flüssiges Wasser befindet. Sie werden auch bestimmen, wie der Ozean mit der Oberfläche interagiert: Steigt irgendetwas im Ozean durch die Schale nach oben? Dringt Material von der Oberfläche in den Ozean ein?

Dieser letzte Punkt weist auf den möglichen Transport von Sauerstoff von der Oberfläche zum Ozean hin. Der Europa Clipper wird zehn Instrumente an Bord haben, die zusammenarbeiten, um diese Fragen zu beantworten.

Der Massenspektrometer für Planetenerkundung/Europa (MASPEX) ist besonders interessant, wenn es um den Sauerstofftransport auf Europa geht.

„MASPEX wird entscheidende Antworten aus Gasen in der Nähe Europas gewinnen, etwa über die Chemie der Oberfläche, der Atmosphäre und des vermuteten Ozeans Europas“, heißt es auf der Webseite des Instruments erklärt . „MASPEX wird untersuchen, wie Jupiters Strahlung die Oberflächenzusammensetzungen Europas verändert und wie die Oberfläche und der Ozean Material austauschen.“

MASPEX und die übrigen Instrumente von Europa Clipper könnten den Sauerstofftransport von der Oberfläche zum Ozean bestätigen, wo ihn Leben nutzen könnte, sofern dort Leben existiert.

Aber wir müssen noch eine Weile warten.

Europa Clipper soll im Oktober 2024 starten und das Jupiter-System erst 5,5 Jahre später erreichen. Dort wird die wissenschaftliche Phase voraussichtlich vier Jahre dauern. Es könnte also 2034 sein, bevor wir alle Daten haben.

In der Zwischenzeit wird eine solche Forschung unseren Appetit anregen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .