Bir sanatçının, kaos arazisinin altında toplanmış Europa’nın yüzeyindeki sıvı su yorumu. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Jüpiter‘ın uydusu Europa, yaşam arayışında başlıca adaydır. Donmuş ayın bir yeraltı okyanusu var ve kanıtlar sıcak, tuzlu ve yaşamı mümkün kılan kimya açısından zengin olduğunu gösteriyor.
Yeni araştırmalar, ayın oksijeni buzlu kabuğunun altına çektiğini ve burada basit yaşamı besleyebileceğini gösteriyor.
Europa’nın yeraltı okyanusunda yaşamı sürdürüp sürdüremeyeceği oldukça tartışmalıdır ve tartışma esasen tarafsız kalana kadar tarafsız kalmıştır. NASA Europa Clipper’ı oraya gönderir. Europa misyonu titizlikle tasarlanmalı ve NASA, tasarımın bir kısmını bilim adamlarının Clipper’ın ele almasını istediği belirli sorulara dayandırıyor. Europa’ya bir uzay aracı gönderip ona hayat bulmasını söyleyemeyiz.
NASA, görevleri büyük soruları göz önünde bulundurarak tasarlar, ancak yalnızca daha küçük, belirli soruları yanıtlayabilirler. Bu yüzden bilim adamları, Europa’nın farklı yönlerini inceliyor ve görevin sorması gereken sorulara ince ayar yapmak için simülasyonlar yapıyorlar.
Oksijen, bu sorulardan birinin kalbinde yer alır. Europa’nın yaşanabilirliğini anlamanın son parçası olabilir.
Europa, yaşamın kendini sürdürmek için ihtiyaç duyduğu şeylerin çoğuna sahiptir veya sahip olduğunu düşünüyoruz. Su ana bileşendir ve yeraltı okyanusunda bol miktarda su bulunur. Europa, Dünya okyanuslarından daha fazla suya sahiptir. Ayrıca gerekli kimyasal besin maddelerine sahiptir. Yaşamın enerjiye ihtiyacı vardır ve Europa’nın enerji kaynağı, içini ısıtan ve okyanusun katı halde donmasını engelleyen Jüpiter’den gelen gelgitlerdir. Bunlar çoğu bilim insanı için oldukça köklü gerçeklerdir.
Donmuş ayın yüzeyinde ayrıca, yaşanabilirliğin bir başka ilginç ipucu olan oksijen var. Oksijen, güneş ışığı ve Jüpiter’den gelen yüklü parçacıklar ayın yüzeyine çarptığında üretilir. Ancak bir sorun var: Europa’nın kalın buz tabakası, oksijen ve okyanus arasında bir engeldir. Europa’nın yüzeyi donmuş katı, bu yüzden herhangi bir yaşam onun uçsuz bucaksız okyanusunda olmak zorunda.
Oksijen yüzeyden okyanusa nasıl ulaşabilir?
Yüklü parçacıklar Europa’nın yüzeyine çarptığında, su moleküllerini birbirinden ayırırlar. Daha hafif hidrojen uzaya doğru yüzer, ancak oksijen geride kalır. Oksijen bir şekilde okyanusa ulaşırsa, mikrobiyal yaşam için kimyasal enerji sağlayabilir. Kredi bilgileri: NASA
Yeni bir araştırma mektubuna göre, Europa’nın buzlu kabuğundaki tuzlu su havuzları, oksijeni yüzeyden okyanusa taşıyor olabilir. Araştırma mektubu “Yoğunluğa Bağlı Tuzlu Su Sızdırması ile Europa’nın Buz Kabuğundan Aşağıya Oksidan Taşınması,Jeofizik Araştırma Mektupları dergisinde yayınlandı. Baş yazar, UT Jackson Yerbilimleri Okulu Jeolojik Bilimler Bölümü’nde profesör olan Marc Hesse’dir.
Bu tuzlu havuzlar, okyanustaki konveksiyon akımları nedeniyle bir miktar buzun eridiği kabukta bulunur. Europa’nın ünlü ve fotojenik kaos arazisi bu havuzların üzerindeki formlar.
Kaos arazisi, Europa’nın donmuş yüzeyinin yaklaşık %25’ini kaplar. Kaos arazisi, sırtların, çatlakların, fayların ve ovaların birbirine karıştığı yerdir. Muhtemelen düzensiz yeraltı ısınması ve erimesiyle ilgili olsa da, kaos arazisinin kesin nedenleri konusunda net bir anlayış yok. Europa’nın en ikonik görüntülerinden bazıları, bu garip güzellikteki özelliği öne çıkarıyor.
Galileo uzay aracı tarafından çekilen Europa’nın buz kabuğunun kırık “kaos arazisi” görüntüsü. Kaos arazisinin altındaki tuzlu su havuzları, Ay’ın okyanusuna oksijen taşıyor olabilir. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Bilim adamları, Europa’nın buz tabakasının yaklaşık 15 ila 25 km (10 ila 15 mil) kalınlığında olduğunu düşünüyor. A 2011 çalışması Europa’daki kaos arazisinin, buzun 3 km (1,9 mil) altında, sıvı sudan oluşan geniş göllerin üzerinde bulunabileceğini buldu. Bu göller doğrudan yeraltı okyanusuna bağlı değildir, ancak onlara akabilir. Bu yeni araştırmaya göre, tuzlu göller yüzey oksijeni ile karışabilir ve zamanla daha derin yeraltı okyanuslarına büyük miktarlarda oksijen verebilir.
Çalışmadan elde edilen bu rakam, Europa’nın yüzey buzunda oksidanların nasıl üretildiğini ve dağıldığını gösteriyor. Radyoliz, H2O’yu H2 ve O’ya püskürtür ve O, O2’ye yeniden birleşir. O2’nin bir kısmı ayın atmosferine salınır, ancak çoğu buzlu regolite geri döner ve kabarcıklar içinde tutulur. Kabarcıklar, oksidanlar için yüzeye yakın baskın rezervuardır. Binlerce yıl boyunca, baloncuklar okyanusa inebilir. Kredi: Hesse ve ark. 2022.
Hesse, “Araştırmamız bu süreci mümkün olanın alanına sokuyor” dedi. Europa yeraltı okyanusunun yaşanabilirliği ile ilgili olağanüstü sorunlardan biri olarak kabul edilen şeye bir çözüm sunuyor” dedi.
Araştırmacılar, simülasyonlarında oksijenin buzda nasıl taşındığını gösterdi. Oksijen yüklü tuzlu su, bir gözeneklilik dalgası içinde yer altı okyanusuna hareket eder. Bir gözeneklilik dalgası, hızlı bir şekilde tekrar kapanmadan önce buzdaki gözenekleri bir anlığına genişleterek tuzlu suyu buzun içinden taşır. Binlerce yıl boyunca, bu gözeneklilik dalgaları, oksijen açısından zengin tuzlu suyu okyanusa taşır.
Araştırmacılar tarafından inşa edilen fizik tabanlı model, Europa’nın yüzeyindeki tuzlu su ve oksijenin bir “gözeneklilik dalgası” (küresel şekil) tarafından ayın buz kabuğundan aşağıdaki sıvı su okyanusuna taşındığını gösteriyor. Grafik, zamanı (bin yıl olarak) ve buz kabuğu derinliğini (kilometre olarak) gösterir. Kırmızı, daha yüksek oksijen seviyelerini gösterir. Mavi, daha düşük oksijen seviyelerini temsil eder. Kredi: Hesse ve ark.
Kaos alanı ve oksijen taşınması arasındaki ilişki tam olarak açık değildir. Ancak bilim adamları, gelgit ısınmasının neden olduğu konvektif yükselmelerin buzu kısmen erittiğini ve yüzeydeki karmakarışık kaos arazisi olarak tezahür ettiğini düşünüyor. Oksijen açısından zengin tuzlu suyun okyanusa akması için tuzlu suyun altındaki buzun erimiş veya kısmen erimiş olması gerekir. “Bu tuzlu suların akması için alttaki buzun geçirgen olması ve dolayısıyla kısmen erimiş olması gerekir. Önceki çalışmalar, gelgit ısınmasının, Europa’nın buz kabuğunun taşınan kısmındaki yükselmelerin sıcaklığını saf buzun erime noktasına kadar artırdığını gösteriyor” diye yazıyor yazarlar.
“Kaotik arazilerin büyük olasılıkla Diyapirik yükselmelermektupta, alttaki buzun kısmen erimiş olması akla yatkın” deniyor. Bağlantı buzunda NaCl’nin bulunması eriyiği muhtemelen arttırır.
Europa’nın yüzeyi çok soğuk ama oksijenin tuzlu sularda taşınamayacağı kadar hızlı donacak kadar soğuk değil. Ayın kutuplarında, sıcaklık asla eksi 220 C’nin (370 F.) üzerine çıkmaz, ancak modelin sonuçları “… yüzeyde yeniden dondurmanın tuzlu suyun drenajını durdurmak ve iç okyanusa oksidan dağıtımını önlemek için çok yavaş olduğunu gösteriyor.” Europa’nın yüzeyindeki buz katı halde donmuş olsa da, altındaki buz konvektiftir ve bu da donmayı geciktirir. Ve bazı araştırmalar gösteriyor ki, deniz tabanı volkanik olabilir.
Bu çizim, Europa’nın iç kısmındaki volkanizmanın sıvı bir okyanusu sürdürmek için nasıl çalıştığını göstermektedir. Kredi: NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll
Çalışma, Europa’nın yüzeyinde alınan oksijenin yaklaşık %86’sının okyanusa ulaştığını söylüyor. Ayın tarihi boyunca, bu yüzde geniş ölçüde değişmiş olabilir. Ancak araştırmacıların modeli tarafından üretilen en yüksek tahmin, Dünya’nınkine çok benzeyen oksijen açısından zengin bir okyanus yaratıyor. Buzun altında bir şey yaşıyor olabilir mi?
Sanatçının Europa’daki varsayımsal bir okyanus kriyobotu (su buzu içine girebilen bir robot) izlenimi. Kredi bilgileri: NASA
NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’nda araştırma bilimcisi olan ortak yazar Steven Vance, “Buzun hemen altında yaşayan bir tür aerobik organizmayı düşünmek cezbedici” dedi.JPL) ve Gezegen İç Mekanları ve Jeofizik Grubunun süpervizörü.
Kevin Hand, Europa, yaşam potansiyeli ve yaklaşmakta olan Europa Clipper misyonu ile yakından ilgilenen birçok bilim adamından biridir. Hand, çalışmaları Europa’ya odaklanan bir NASA/JPL bilim adamıdır. Hesse ve araştırmacı arkadaşlarının donmuş ayın okyanuslarındaki oksijen sorununu çözdüğü konusunda umutlu.
Europa’nın yüzeyinde oksijen gibi yararlı bileşikler olduğunu biliyoruz, ancak bunlar onu yaşamın onları kullanabileceği aşağıdaki okyanusa mı indiriyor?” O sordu. “Hesse ve işbirlikçilerinin çalışmasında, cevap evet gibi görünüyor.”
Europa Clipper bu bulguları doğrulayabilecek hangi soruları sorabilir?
Clipper, Europa’ya adanmış ilk görevdir. Europa hakkında teyit edemediğimiz pek çok şey bildiğimizi düşünüyoruz. Clipper, üç büyük amaca yönelik olarak tasarlanmıştır:
- Yaşamı sürdürmek için gerekli bileşenlere sahip olup olmadığını belirlemek için okyanusun bileşimini araştırın.
- Kaos alanı da dahil olmak üzere yüzeyin nasıl oluştuğunu anlamak için ayın jeolojisini araştırın.
- Buz kabuğunun kalınlığını ve içinde ve altında sıvı su olup olmadığını belirleyin. Ayrıca okyanusun yüzeyle nasıl etkileşime girdiğini de belirleyecekler: Okyanustaki herhangi bir şey kabuğun içinden yukarı doğru yükseliyor mu? Yüzeyden herhangi bir malzeme okyanusa iniyor mu?
Bu son nokta, yüzeyden okyanusa potansiyel oksijen taşınmasından bahsediyor. Europa Clipper, bu soruları ele almak için birlikte çalışacak on araç taşıyacak.
bu Gezegensel Keşif/Europa için Kütle Spektrometresi (MASPEX), Europa’da oksijen taşınması söz konusu olduğunda özellikle ilgi çekicidir.
Enstrümanın web sayfası, “MASPEX, Europa’nın yüzeyinin kimyası, atmosferi ve şüpheli okyanus gibi Europa yakınlarındaki gazlardan önemli cevaplar alacaktır” diye açıklıyor. “MASPEX, Jüpiter’in radyasyonunun Europa’nın yüzey bileşiklerini nasıl değiştirdiğini ve yüzey ile okyanusun malzeme alışverişini nasıl yaptığını inceleyecek.”
MASPEX ve Europa Clipper’ın diğer aletleri, yüzeyden okyanusa oksijen taşınmasını doğrulayabilir, orada yaşam varsa, yaşamın bunu kullanabileceği yer. Ama bir süre beklememiz gerekecek. Europa Clipper’ın Ekim 2024’te piyasaya sürülmesi planlanıyor ve Jüpiter sistemine 5.5 yıl sonrasına kadar ulaşamayacak. Bir kez orada, bilim aşamasının dört yıl sürmesi bekleniyor. Yani tüm verilere sahip olmadan önce 2034 olabilir.
Bu arada böyle araştırmalar iştahımızı açacak.
Orijinal olarak yayınlandı Bugün Evren.
Daha fazla bilgi için bkz. “Kaos Arazileri” Jüpiter’in Ay Europa’sında Okyanusa Oksijen Taşıyabilir.
Referans: Marc A. Hesse, Jacob S. Jordan, Steven D. Vance ve Apurva V. Oza, 10 Şubat 2022, “Yoğunluğa Bağlı Tuzlu Su Sızdırmasıyla Europa’nın Buz Kabuğundan Aşağıya Oksidan Taşınması”, Jeofizik Araştırma Mektupları.
DOI: 10.1029/2021GL095416