Nova studija menja igru: Voda iz okeana Europe verovatno se smrzava u pukotinama

Nova analiza sugeriše da je put vode iz dubokog okeana Europe do površine znatno teži nego što se ranije verovalo. Simulacije pokazuju da se tečna voda koja se uspinje kroz pukotine brzo hladi, formira sitne ledene kristale (frazil led) i može začepljivati kanale u roku od sati.

Europa's surface features and conceptual model schematics. (CREDIT: Lujendra Ojha et al, Nature Astronomy)

Šta su naučnici ispitali

Istraživači sa Rutgers univerziteta, u radu objavljenom u Nature Astronomy, modelirali su kretanje i gubitak toplote tečne vode koja bi mogla da prodre iz globalnog okeana ispod ledenog omotača Europe putem vertikalnih pukotina poznatih kao dykes (pukotine/kanali).

Box plot showing the estimated volume of liquid water (log10 m3) required to account for the formation of various surface features on Europa. The red boxes represent estimates assuming elastic support of the overlying ice shell, whereas the blue boxes correspond to estimates under near-isostatic compensation conditions. (CREDIT: Lujendra Ojha et al, Nature Astronomy)

Metodologija

Tim je koristio COMSOL Multiphysics da poveže simulacije fluidnog toka i prenosa toplote. Modeli su uključili varijante čiste i slane vode i obuhvatili su gornjih 1–2 kilometra potencijalne pukotine, gde je temperatura leda procenjena na približno 140–200 K.

Dynamical and thermal constraints on ascent of liquid water on Europa's dykes. (CREDIT: Lujendra Ojha et al, Nature Astronomy)

Ključni rezultati

• Tok bi verovatno bio turbulentni, sa brzinama od oko 5–20 m/s, što povećava mešanje i gubitak toplote u odnosu na ranija pretpostavljena uredna strujanja.
• U uskim pukotinama širine ~0,1 m voda se može zamrznuti i zatvoriti za 2–6 sati; širina od 1 m bi bez turbulencije mogla ostati otvorena od jedne nedelje do 23 dana, ali ta prednost brzo nestaje kada se uračuna turbulencija.
• Usled hlađenja i prehlađivanja, može nastati frazil led — sitni kristali koji se u turbulentnoj vodi formiraju i brzo se skupljaju. Simulacije pokazuju da bi 1–3% zapremine vode moglo preći u frazil led, a taloženje kristala na zidovima može začepiti kanal ako čak i 1–5% ostane pričvršćeno.
• Dostavljanje velikih zapremina (npr. 1–10 milijardi m3) zahtevalo bi veoma duge pukotine ili stotine do hiljada paralelnih kanala, što čini direktno povezivanje globalnog okeana i plitkih rezervoara malo verovatnim u mnogim uslovima.

"Misterija koju smo želeli da razrešimo bila je da li je taj put zaista moguć. Mislim da smo pokazali da je to znatno teže nego što se ranije pretpostavljalo," rekao je Lujendra Ojha, jedan od autora studije.

Implikacije za buduće misije i traženje života

Rezultati ne isključuju postojanje tečne vode blizu površine Europe, ali ukazuju da takvi plitki rezervoari često mogu nastati lokalnim topljenjem unutar ledenog omotača, a ne direktnim dotokom iz dubokog okeana. To znači da otkrivanje plitke vode — čak i ako je detektuje radar misije Europa Clipper — ne garantuje uzorak hemije globalnog okeana.

Seed ice requirement for runaway frazil ice growth and implications for hydraulic clogging in turbulent Europan dykes. (CREDIT: Lujendra Ojha et al, Nature Astronomy)

Misije kao što su Europa Clipper (lansirana 2024, dolazak 2030) i ESA-in JUICE (lansirana 2023, dolazak 2031) mogu koristiti ove modele da bolje interpretiraju radarske i druge podatke: da li su pronađeni slojevi posledica lokalnih procesa ili stvarne veze sa okeanom.

Zaključak

Ledeni omotač Europe deluje manje kao jednostavan poklopac i više kao aktivna barijera. To otežava direktan pristup okeanu, ali precizira pitanja koja će buduće misije postaviti — gde i kako tražiti najverovatnije tragove nastanjivosti.

Izvor: Rutgers et al., Nature Astronomy. Podaci i citati preneti iz originalne studije.