Ibland är planetarisk fysik som att vara i en snöbollskamp. De flesta människor, om de får en redan formad snöboll, kan använda sin erfarenhet och känslan av bollen för att gissa vilken typ av snö den består av:packbar och fluffig, eller blöt och isig.
Med nästan samma principer har planetforskare kunnat studera strukturen hos Europa, Jupiters isiga måne.
Europa är en stenig måne, hem till saltvattenhav dubbelt så stor som jordens volym, inkapslad i ett skal av is. Forskare har länge trott att Europa kan vara en av de bästa platserna i vårt solsystem att leta efter icke-jordiskt liv. Sannolikheten och naturen för det livet beror dock starkt på tjockleken på dess isiga skal, något astronomer ännu inte har kunnat fastställa.
Ett team av planetariska vetenskapsexperter inklusive Brandon Johnson, en docent, och Shigeru Wakita, en forskare, vid Institutionen för jord-, atmosfär- och planetvetenskaper vid Purdue Universitys College of Science, meddelade i en ny artikel publicerad i Vetenskapliga framsteg att Europas isskal är minst 20 kilometer tjockt.
För att nå sin slutsats studerade forskarna stora kratrar på Europa och körde en mängd olika modeller för att fastställa vilken kombination av fysiska egenskaper som kunde ha skapat en sådan ytstruktur.
"Detta är det första arbetet som har gjorts på denna stora krater på Europa," sa Wakita. "Tidigare uppskattningar visade ett mycket tunt islager över ett tjockt hav. Men vår forskning visade att det måste finnas ett tjockt lager – så tjockt att konvektion i isen, som tidigare har diskuterats, är trolig."
Med hjälp av data och bilder från rymdfarkosten Galileo, som studerade Europa 1998, analyserade Johnson nedslagskratrarna för att avkoda sanningar om Europas struktur. Johnson är expert på planetfysik och kolossala kollisioner och har studerat nästan alla större planetkroppar i solsystemet. Forskare har länge diskuterat tjockleken på Europas isskal; ingen har besökt det för att mäta det direkt, så forskare använder kreativt bevisen:kratrarna på Europas isiga yta.
"Slagkrater är den mest allmänt förekommande ytprocessen som formar planetariska kroppar," sa Johnson. "Kratrar finns på nästan alla fasta kroppar vi någonsin sett. De är en viktig drivkraft för förändringar i planetariska kroppar.
"När en nedslagskrater bildas undersöker den i huvudsak strukturen under ytan av en planetkropp. Genom att förstå storleken och formerna på kratrar på Europa och reproducera deras bildning med numeriska simuleringar, kan vi sluta oss till information om hur tjockt dess isskal är."
Europa är en frusen värld, men isen skyddar en stenig kärna. Den isiga ytan är dock inte stillastående. Plattektonik och konvektionsströmmar i haven och själva isen uppdaterar ytan ganska ofta. Det betyder att själva ytan bara är 50 miljoner till 100 miljoner år gammal – vilket låter gammalt för kortlivade organismer som människor, men är ungt vad gäller geologiska perioder.
Den släta, unga ytan gör att kratrar är tydligt definierade, lättare att analysera och inte särskilt djupa. Deras effekter berättar forskarna mer om månens iskalla skal och vattenhavet nedanför, snarare än att förmedla mycket information om dess steniga hjärta.
"Att förstå tjockleken på isen är avgörande för att teoretisera om möjligt liv på Europa," sa Johnson. "Hur tjockt isskalet är styr vilken typ av processer som sker inom det, och det är verkligen viktigt för att förstå utbytet av material mellan ytan och havet. Det är det som kommer att hjälpa oss att förstå hur alla typer av processer händer på Europa —och hjälp oss att förstå möjligheten till liv."
Mer information: Shigeru Wakita, Multiring bassängbildning begränsar Europas isskals tjocklek, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj8455. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj8455
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Purdue University
