Az Europa asztrobiológiai potenciálja - asztrobiológia kurzus VI. rész

2008.08.22. 16:04

Az asztrobiológiai kurzus hatodik részében a Jupiter legizgalmasabb holdját, az Europát mutatjuk be. Ez a nagy hold a Mars mellett a másik olyan égitest szűkebb kozmikus környezetünkben, a Naprendszerben, ahol a szakemberek esélyt látnak arra, hogy élet alakult ki, amely esetleg ma is virágzik.

 

A 3138 kilométer átmérőjű Europa a Naprendszer hatodik legnagyobb holdja, a Holdnál valamivel kisebb égitest. A Jupiter Galilei-holdjai közül a bolygótól számítva a második. Fejlődését és az élet szempontjából jelentős adottságait tekintve fontos tényező, hogy a Jupiter rendszerében, más nagy holdak és a gázóriás közelében található.

A Jupiter magnetoszférája miatt például nem érik el felszínét a napszél részecskéi, ellenben a Jupiter mágneses terében mozgó részecskék intenzíven bombázzák azt. Még fontosabb következmény a közeli holdak és a Jupiter gravitációs hatására fellépő árapályerő, amelytől torzulások keletkeznek és hőfelszabadulás történik az Europa anyagában. Ez melegen tartja belsejét, és vulkáni jellegű, aktív folyamatokat generál.

Egy eltemetett óceán

Belső szerkezetéről közvetett becslések, valamint főleg a Galileo-űrszondától származó mérések állnak rendelkezésre. Eszerint a vas vagy vas-szulfid magot egy szilikátköpeny övezi, amelynek tetején található az 50-100 kilométer vastag vízréteg. A felszín jellemzői (fiatal kora, repedései és elmozdult darabjai), továbbá a hold változékony mágneses tere alapján a víz nagyrészt folyékony halmazállapotban van, felső rétege pedig egy körülbelül 10 kilométer vastag jégburkot képez. A vízben oldott ionok áramlása generálja a változékony mágneses mezőt.

A globális, felszín alatti vízburkot helyenként óceánnak nevezik - noha jellemzői erősen eltérnek a földi értelemben vett óceánokétól. Akárcsak egy hatalmas csapágy esetében, a szilárd belsőn a felszín alatti víz révén könnyen elfordul a külső jégpáncél, amely helyenként felreped, majd összeforr, és darabjai a földi jégtáblákhoz hasonlóan elmozdulnak egymáshoz képest.

Árulkodó felszínformák

Az Europa felszínén sok olyan alakzat megfigyelhető, amelyek a felszín alatti állapotokra, az óceán néhány jellemzőjére utalnak. Ezek közül a legfontosabbak a következők.

  • Repedések: a hosszanti törések, repedések sötétebbek a környezetüknél, mivel a felszín alatti óceánban oldott anyagokat tartalmaznak. A repedések felnyílásakor a mélyebben lévő anyag a felszínhez közelebb juthat, de feltehetőleg ekkor sem közvetlenül kerül felszínre az óceán vize, hanem mélyebben lévő képlékeny jég nyomul ki.
  • Foltok: az Europa felszíni alakzatainak egy változatos csoportját különböző foltokként jellemezhetjük, amelyek néha topográfiailag is elkülönülnek a környezettől, máskor csak színeltérés alapján azonosíthatók. Az úgynevezett káoszterületek (lásd lejjebb) kisebb változatai ezek, ahol a felszín nem törött blokkokra, mindössze egy nagyobb folyadéktömb nyomult az óceánból a jégbe.
  • Kráterek: a becsapódásos kráterek átmérőjük növelésével nem lesznek egyre mélyebbek az Europán. A jelenség oka a jégpáncél alatti folyékony óceánban keresendő, amitől a nagy kráterek aljzata a becsapódás után megemelkedik, avagy a kiemelkedő vízréteg megfagyásával, a kráter méretéhez képest várhatónál magasabban keletkezik az aljzat a víz megfagyásával, amitől rendkívül sekély lesz a kráter.

Forrás: NASA, JPL

Egy kráter, amelynek aljzata a jégpáncél alatti óceán képlékeny állapota miatt megemelkedett (NASA, JPL)

  • Káoszterületek: összetört, többnyire szögletes blokkokból álló vidékek, ahol az egyes jégtáblák a kialakulásuk során elmozdultak. A káoszterületek sötétebbek a környezetüknél, mert az óceán vizéből származó anyagok keverednek a jégbe. Spektrumukban hidratált ásványok azonosíthatók. A káoszterületek feltehetőleg a jégpáncél alatt, az óceán fenekén lévő vulkáni központokból feláramló meleg vizek hatására,. azok felett keletkeznek.

Forrás: NASA, JPL

Egy összetört és eredeti helyzetükből elmozdult, kibillent blokkokat tartalmató káoszterület (NASA, JPL)


Aktív folyamatok napjainkban

A Jupiter felől érkező részecskebombázásban - főleg a követő féltekén - oxidánsok keletkeznek a jégben (hiperoxid, szabad oxigén), amint a szétbontott vízmolekulákból származó hidrogén elszökik. A besugárzástól a széntartalmú anyagokból egyszerű szerves vegyületek is létrejöhetnek, amelyek aztán szintén a besugárzástól keletkező oxidánsoktól le is bomolhatnak, ha nem kerülnek mélyebbre.

A felszíni kén a szomszédos Io holdról érkezik, majd a jégben a sugárzások révén átalakul. Az így keletkező kénsav, valamint a kén-dioxid is a követő féltekén mutat nagyobb koncentrációt. A jelenleg a felszínen észlelhető összes kéntartalmú anyag kb. 30 ezer év alatt érkezhetett az Ióról. Az ennél régebbi ként valami elszállíthatta a felszínről - talán az anyagkörforgás (lásd később), esetleg a részecskebombázás vagy a becsapódások. Egyes spektrumok alapján elképzelhető, hogy alkoholok és aldehidek, ammóniatartalmú anyagok is előfordulnak az Europa felszínén.

A jégben lévő és a nagyon ritka, folyamatosan elszökő légkört alkotó oxigén a hagyományos elképzelés alapján nagyenergiájú protonoktól és ultraibolya sugárzástól keletkezik. Greg Kimmel (W. R. Wiley Environmental Molecular Sciences Laboratory) és kollégái földi laborkísérletek alapján megtalálták a részletes, négylépéses kémiai folyamatot, amely az oxigénhez vezet. Először a fagyott H2O-ból OH-gyökök keletkeznek, amelyek igen reakcióképesek, és két ilyen molekula találkozásakor hidrogén-peroxid jön létre. Ezután egy harmadik OH lép be a játékba egy HO2 és egy H2O molekulát eredményezve. Végül egy nagyenergiájú részecske a HO2-ből leszakítja az oxigénmolekulát - szabaddá téve a ritka légkör számára.

Forrás: NASA, JPL

Színeltérések az Europa felszínén, amelyek kémiai eltéréseket jeleznek. A hamisszínes fotón a vöröses árnyalatú anyagok feltehetőleg a jégpáncél alatti óceánból származnak (NASA, JPL)

A magnetoszferikus bombázás egyébként nemcsak kémiai átalakulással jár, de erodálja és újraelosztja az anyagot a felszín legfelső rétegében, a becslések alapján 0,1-1 mikrométer/év mértékben. A becsapódások is erősen formálják a jeget, amelyektől egy összetört felszíni zóna alakult ki. A robbanás pillanatában elektrosztatikus töltés keletkezik és hő szabadul fel, ami befolyásolhatja a kémiai átalakulásokat. A kísérletek alapján a becsapódás helyén egy ideig vezetővé válhat a jég.

A kémiai modellek és a felszín összetételének vizsgálata alapján az Europa óceánja sós lehet, sok szulfát, emellett magnézium, nátrium is lehet benne oldott állapotban. A jégpáncélon a káoszterületek elszíneződései, és a kisebb, a jégbe nyomult folyadéktestek (ún. krio-magmacseppek) színe alapján is sok szennyezőanyag kavaroghat a vízben. Az óceán vize és a jégkéreg összetétele között kölcsönös kapcsolat van.

Lassú anyagkörfogás, főleg tektonikus folyamatok keretében ugyanis a jég felszínén lévő komponensek az óceánba kerülnek. Ennek a recirkulációnak a sebessége hasonló vagy gyorsabb lehet, mint a földi kőzetburok körforgása a globális lemeztektonika keretében. A felszínről tehát a meteoritikus anyag, az Ióról érkezett molekulák és a magnetoszférikus bombázástól, valamint UV-sugárzástól keletkezett anyagok az óceánba juthatnak. Ennek mértékétől függően sok oxidáló hatású összetevő kerül a felszín alatti vízbe. Ugyanakkor az óceán aljzatán feltételezett vulkáni központokból redukált gázok jutnak az óceánba. A két folyamat eredőjeként kémiailag nem egyensúlyi helyzet áll elő a vízben, amely érdekes, aktív reakciókhoz adhat hátteret.

Az Europa óceánja tehát nem tekinthető zárt környezetnek. Geológiai időskálán mérve a jégkéreg repedései révén az anyagok egy része a felszínre jut, onnan pedig például a hidrogén az űrbe távozhat. Ez növelheti az alkáliák arányát a jégben, és annak recirkulációja révén az óceánban is. Nagy kérdés, hogy ez mennyire befolyásolja annak kémhatását.

Óceánok a jégholdakban - új jelölt: az Enceladus

Az utóbbi évek kutatásai alapján elképzelhető, hogy a jégholdak felszíne alatti vízóceánok nem számítanak ritkának. Az eddigi mérések alapján az Europa és a Titan belsejében nagy mennyiségű víz van. Emellett kevesebb víz a Ganymedes és a Callisto felszíne alatt is elképzelhető, valamint az Enceladus esetében. Utóbbi égitestnél a déli sarkvidéken lévő, a környezetüknél melegebb területekről vízjeget tartalmazó anyagsugarak törnek ki.

Az Enceladus déli sarkvidékén látható, "Tigriskarmolásoknak" nevezett árkok egyikét mutatja az alábbi felvétel. A 300 méter mély, "V" keresztmetszetű mélyedésből törnek ki az anyagfelhők, a repedések külső lejtőit pedig a visszahullott anyag törmeléke borítja. Ugyanitt közel 10 méteres, ismeretlen eredetű sziklák is megfigyelhetők, amelyek túl nagyok ahhoz, hogy a kitörésekkor keletkezhettek volna.

Forrás: NASA, JPL, SSI

Két anyagsugár forrása a Cassini-szonda 2008. augusztus 11-i felvételén. A 24 méter felbontású fotót 4200 kilométer távolságból készült a Damascus Sulcus töréses szerkezetről (NASA, JPL, SSI)

Az Enceladus esetben a víz létezése még nem bizonyított, de valószínűsíthető, hogy a kitöréseket egy felszín alatti folyadéktest táplálja. Egyes elméleti modellek alapján a fent említetteknél még több jéghold belsejében lehet víz. Ez, valamint további megfigyelések alapján úgy fest, gyakoribbak azok a környezetek, ahol a vizes közegben jellemző kémiai átalakulások történhetnek. Ide tartoznak az élet kialakulását megelőző prebiotikus anyagfejlődés reakciói, tehát több helyen és összességében nagyobb mennyiségben számíthatunk ilyen molekulákra a Naprendszerben, mint korábban gondoltuk.

Előző
  • 1
  • 2
Következő

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK