På Jupiters iskalla måne Europa, kraftfulla utbrott kan spy ut i rymden, väcker frågor bland hoppfulla astrobiologer på jorden:Vad skulle sprängas ut från milhöga plymer? Kan de innehålla tecken på utomjordiskt liv? Och var i Europa skulle de ha sitt ursprung? En ny förklaring pekar nu på en källa närmare den frusna ytan än man kan förvänta sig.

Istället för att komma från djupt inne i Europas hav, vissa utbrott kan härröra från vattenfickor inbäddade i själva det isiga skalet, enligt nya bevis från forskare vid Stanford University, University of Arizona, University of Texas och NASA:s Jet Propulsion Laboratory.

Med hjälp av bilder som samlats in av NASA-rymdfarkosten Galileo, forskarna utvecklade en modell för att förklara hur en kombination av frysning och trycksättning kan leda till ett kryovulkanutbrott, eller en vattenskur. Resultaten, publicerad 10 nov in Geofysiska forskningsbrev , har konsekvenser för beboeligheten av Europas underliggande hav – och kan förklara utbrott på andra isiga kroppar i solsystemet.

Livets förebud?

Forskare har spekulerat i att det stora havet gömt under Europas isiga skorpa kan innehålla element som är nödvändiga för att stödja liv. Men kort för att skicka en dränkbar till månen för att utforska, det är svårt att veta säkert. Det är en anledning till att Europas plymer har fått så mycket intresse:om utbrotten kommer från havet under ytan, elementen skulle lättare kunna upptäckas av en rymdfarkost som den som planeras för NASA:s kommande Europa Clipper-uppdrag.

Men om plymer har sitt ursprung i månens isiga skal, de kan vara mindre gästvänliga mot livet, eftersom det är svårare att upprätthålla den kemiska energin för att driva liv där. I detta fall, chanserna att upptäcka beboelighet från rymden minskar.

"Att förstå var dessa vattenplymer kommer ifrån är mycket viktigt för att veta om framtida Europa-utforskare kan ha en chans att faktiskt upptäcka liv från rymden utan att sondera Europas hav, " sa huvudförfattaren Gregor Steinbrügge, en postdoktor vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskaper (Stanford Earth).

Forskarna fokuserade sina analyser på Manannán, en 18 mil bred krater på Europa som skapades av ett nedslag med ett annat himlaobjekt för några tiotals miljoner år sedan. Med tanke på att en sådan kollision skulle ha genererat en enorm mängd värme, de modellerade hur smältning och efterföljande frysning av en vattenficka i det isiga skalet kunde ha fått vattnet att få utbrott.

"Kometen eller asteroiden som träffade isskalet var i grunden ett stort experiment som vi använder för att konstruera hypoteser för att testa, " sa medförfattaren Don Blankenship, senior forskare vid University of Texas Institute for Geophysics (UTIG) och huvudforskare av instrumentet Radar for Europa Assessment and Sounding:Ocean to Near-surface (REASON) som kommer att flyga på Europa Clipper. "Polar- och planetvetenskapsteamet vid UTIG är för närvarande dedikerade till att utvärdera det här instrumentets förmåga att testa dessa hypoteser."

Modellen indikerar att när Europas vatten förvandlades till is under de senare stadierna av nedslaget, vattenfickor med ökad salthalt kan skapas i månens yta. Vidare, dessa saltvattenfickor kan migrera i sidled genom Europas isskal genom att smälta närliggande områden med mindre bräck ​​is, och blir följaktligen ännu saltare i processen.

"Vi utvecklade ett sätt att en vattenficka kan röra sig i sidled - och det är mycket viktigt, " sa Steinbrügge. "Den kan röra sig längs termiska gradienter, från kallt till varmt, och inte bara i nedåtriktningen som dras av gravitationen."

En salt förare

Modellen förutspår att när en migrerande saltlakeficka nådde centrum av Manannán-kratern, det fastnade och började frysa, genererar tryck som så småningom resulterade i en plym, uppskattas ha varit över en mil hög. Utbrottet av denna plym lämnade ett särskiljande märke:ett spindelformat drag på Europas yta som observerades av Galileo-avbildning och inkorporerades i forskarnas modell.

"Även om plymer som genereras av saltlakefickors migration inte skulle ge direkt inblick i Europas hav, våra fynd tyder på att Europas isskal i sig är mycket dynamiskt, " sa medförfattaren Joana Voigt, en forskarassistent vid University of Arizona, Tucson.

Den relativt lilla storleken på plymen som skulle bildas vid Manannán indikerar att nedslagskratrar förmodligen inte kan förklara källan till andra, större plymer på Europa som har antagits baserat på data från Hubble och Galileo, säger forskarna. Men processen som modellerats för Manannán-utbrottet kan hända på andra isiga kroppar – även utan en påverkan.

"Migration av saltlake är inte unikt tillämplig på Europan-kratrar, " Sa Voigt. "Istället kan mekanismen ge förklaringar på andra isiga kroppar där det finns termiska gradienter."

Studien ger också uppskattningar av hur salt Europas frusna yta och hav kan vara, vilket i sin tur kan påverka dess isskals transparens för radarvågor. Beräkningarna, baserat på bilder från Galileo från 1995 till 1997, visa Europas hav kan vara ungefär en femtedel så salt som jordens hav – en faktor som kommer att förbättra kapaciteten för Europa Clipper-uppdragets radarekolod att samla in data från dess inre.

Fynden kan vara avskräckande för astrobiologer som hoppas att Europas utbrytande plymer kan innehålla ledtrådar om det inre havets förmåga att försörja liv, med tanke på att plymer inte behöver ansluta till Europas hav. Dock, den nya modellen ger insikter om hur man reder ut Europas komplexa ytegenskaper, som är föremål för hydrologiska processer, dragningen av Jupiters gravitation och dolda tektoniska krafter inom den iskalla månen.

"Detta gör den grunda underytan - själva isskalet - till en mycket mer spännande plats att tänka på, " sa medförfattaren Dustin Schroeder, en biträdande professor i geofysik vid Stanford. "Det öppnar upp ett helt nytt sätt att tänka på vad som händer med vatten nära ytan."