Hëna e akullt në Evropë, një fari shkëlqyes në infrarogjë?

Evropa është një hënë e Jupiterit plotësisht e mbuluar me një shtresë të trashë akulli. Nën këtë shtresë, rreth hënës, gjendet një oqean global i ujit të lëngshëm.

Kjo hënë është veçanërisht e interesuar për shkencëtarët që nga të dhënat e sondës Galileo, në fund të viteve 1990, kanë zbuluar kushte që mund të jenë të favorshme për shfaqjen e jetës në këtë oqean nën-akullor. Në fakt, është vendi i vetëm në sistemin diellor (jashtë Tokës) ku uji i lëngshëm është në kontakt të drejtpërdrejtë me një mantil guror në bazë të oqeanit. Nëse ka vullkanizëm nënujor në Evropë, kjo do të sigurojë një burim energjie, i cili, së bashku me ujin, është një nga përbërësit kryesorë për të gjeneruar blloqet bazë të jetës.

Por ende mbeten shumë të panjohura për akullin në sipërfaqen e Evropës. Dy studime të reja zbulojnë një fenomen të papritur.

Faleminderit dy studimeve të reja, njërës theoretike dhe tjetra nga observimet e teleskopit James-Webb, ne kuptojmë sot më mirë sipërfaqen e akullt të Evropës. Kemi treguar veçanërisht se struktura atomike e akullit ndryshon gjatë stinëve, gjë që mund ta shohim në dritën e refuzuar nga kjo hënë, pak si një dritare që shkëlqen në natë.

Këto njohuri të reja do të jenë të dobishme për, një ditë, të planifikojnë vendosjen e një aterruesi në Evropë, por edhe për të kuptuar më mirë proceset gjeologjike që formojnë sipërfaqen – ende nuk dimë, për shembull, si të shpjegojmë mirë origjinën e "rrafshërave" që formojnë sipërfaqen e Evropës.

Në vitet në vazhdim, shpresojmë që shkëlqimi i « fenerit atomik » të Evropës të mund të vërehet në të vërtetë, kryesisht nga sonda Europa Clipper e NASA-s si dhe nga misioni JUICE i ESA-s.

Akulli në Tokë dhe akulli në hapësirë janë të ndryshëm

Në Tokë, akulli i ujit në mjedisin e tij natyror paraqitet vetëm në një formë: një strukturë kristalore, e njohur zakonisht si « akull hexagonal ».

Megjithatë, në hapësirë, si në Evropë, është një histori tjetër: është aq ftohtë sa që akulli i ujit mund të marrë forma më ekzotike me pronësi të ndryshme.

Kështu, forma më e përhapur e akullit në Univers është akulli i quajtur « amorf ».

Kjo është një formë akulli ku rregullimi i molekulave të ujit nuk paraqet asnjë rend në shkallë të gjerë, ndryshe nga akulli kristalor që ka modele të përsëritura.

Një analogji në shkallën tonë njerëzore do të ishte një ekspozitë me portokalle. Në rastin kristalor, elementët janë të gjithë të rregullt, në formë një rrjeti periodik. Në rastin amorf, elementët janë të shpërndarë pa asnjë pozicion të rregullt.

Jeta jonë e përditshme përfshin shembuj të versioneve amorfe ose kristalike të së njëjtës material: për shembull, barrë me sheqer është një formë amorfe e sheqerit, ndërsa sheqeri i zakonshëm i kuzhinës është kristalor.

Në fakt, ne presim që sistemi di diellor i jashtëm të ketë akull kryesisht në formë amorfe, së pari sepse në temperaturë shumë të ulët (-170 °C në Europë), molekulat nuk kanë energjinë e mjaftueshme për t’u organizuar në mënyrë të duhur ; por gjithashtu sepse struktura kristaline ka tendencë të thyhet nën efektin e bombardimeve të grimcave që vijnë nga Dielli, të devijuar nga magnetosfera e Jupiterit, sikur të dërgonim një portokallë shqetësuese në një treg të rregullt.

Vëzhgimet hapësinore të mëparshme të viteve 1990 dhe më pas në dekadën 2010 treguan se akulli i Europës është një përzierje e formave amorfe dhe kristaline. Por, deri tani, asnjë model nuk e kishte shpjeguar pse.

Një strukturë që ndryshon me sezonet

Për herë të parë, ne kemi kquantifikuar konkurrencën midis kristalizimit, të shkaktuar nga temperatura gjatë orëve më të nxehta të ditës, dhe amorfizimit të shkaktuar nga sulmi në sipërfaqe të grimcave të ardhura nga magnetosfera e Jupiterit.

Ne kemi treguar kështu që kristalizimi është i stratifikuar mbi Europën: një shtresë shumë e hollë në sipërfaqe është amorfe, ndërsa shtresa në thellësi është kristaline.

Më e veçantë akoma, simulimi ka zbuluar se kristalizimi i akullit në sipërfaqe mund të ndryshojë sipas sezonit! Edhe pse ndryshimet sezonale nuk ndikojnë në sasinë e grimcave që sulmojnë Europën, është më e nxehtë në verë, gjë që e bën kristalizimin më efektiv dhe kështu e favorizon atë. Gjatë verës, është mesatarisht 5°C më e nxehtë se në dimër, gjë që bën që akulli të jetë deri në 35% më kristalor se në dimër në disa rajone.

Ne kemi konkluduar se nëse do të shihnim Europën gjatë sezonit përmes një spektroskopi, do të krijohej përshtypja që sipërfaqja "shkëlqen" gjatë një periudhe dhjetëvjeçare (afati i një viti në Europë), si një dritë udhëzuese në natë.

Si e dimë strukturën atomike të akullit në një distancë prej 700 milionë kilometra?

Në të njëjtën kohë me studimin tonë, astronomë të NASA-s kanë vëzhguar Europën me teleskopin e fuqishëm James-Webb. Studimi i tyre ka treguar se rezultatet e simulimeve tona janë në pajtim me vëzhgimet e tyre. Në fakt, edhe pse të dy qasjet përdorin metoda shumë të ndryshme, ato arrijnë në të njëjtat përfundime.

Falë spektroskopit të James-Webb, kërkuesit kanë mundur të vlerësojnë, në distancë, strukturën atomike të akullit në sipërfaqen e Europës (në një mikrometër të trashësisë së parë). Për këtë qëllim, ata kanë analizuar dritën e reflektuar nga Europa në infrarozhë (pak më e kuqe se ajo që shikon sytë tanë) në gjatësi vale 3.1 mikrometra që tregon gjendjen e kristalizimit të akullit të ujit.

Ata kanë krijuar kështu një hartë të kristalizimit të hënës së akullt. Duke krahasuar hartën e tyre të vëzhguar me atë që kemi simulua, ne vërejmë një pajtim shumë të mirë, gjë që e forcon besimin tonë në këto rezultate.

Në Europë, sipërfaqja është e mbushur me rajone me akull ujë amorf dhe të tjera me akull ujë kristalor, sepse temperatura ndryshon sipas zonave. Në përgjithësi, rajonet më të errëta thithin më shumë rrezet e Diellit, gjë që i ngroh ato dhe, si në Tokë, temperaturat janë më të larta pranë ekuatorit dhe më të ulëta pranë poleve.

Megjithatë, studimi vëzhgues duke përdorur teleskopin James-Webb ka kapur një foto të Evropës. Prandaj, për momentin, ajo nuk mund të zbulojë shkëlqimin në infraroz, sepse do të duhej të vëzhgohej sipërfaqja gjatë disa viteve për të dalluar një ndryshim. Këto ndryshime të sipërfaqes janë një risitë që kemi zbuluar në studimin tonë të simulimit, dhe ato mbeten për t'u konfirmuar nga vëzhgimet.

Ne shpresojmë që sondat JUICE dhe Europa Clipper së shpejti do të mund të vëzhgojnë këto oscillacione sezonale të dritës së reflektuar nga Evropa në infraroz.

Interesi ynë tani gjithashtu fokusohet në hënat e tjera të akullta të Jupiterit, ku mund të ekzistojë një bashkëjetesë midis akullit amorf dhe akullit kristalor, si në Ganimed dhe Callisto, por edhe në trupat e tjerë si Enceladus, në orbitë rreth Saturnit, ose edhe në kometa.