이미지 크레디트: NASA
목성의 위성 중 하나인 유로파에 얼음판으로 덮인 바다가 있다는 증거가 늘어나고 있습니다. 과학자들은 이제 달 표면에 있는 65개의 충돌 분화구의 크기와 깊이를 측정하여 얼음이 얼마나 두꺼운지 추측하고 있습니다. 그들이 말할 수 있는 것은 19km입니다. 유로파의 얼음 두께는 그곳에서 생명체가 발견될 가능성에 영향을 미칠 것입니다. 너무 두꺼우면 햇빛이 광합성 유기체에 도달하는 데 어려움을 겪을 것입니다.
네이처(Nature) 저널 2002년 5월 23일자에 보고된 목성의 대형 얼음 위성에 대한 충돌 분화구의 상세한 매핑 및 측정은 유로파의 떠다니는 얼음 껍질의 두께가 최소 19km일 수 있음을 보여줍니다. 휴스턴의 달 및 행성 연구소(Lunar and Planetary Institute)의 과학자이자 지질학자인 Dr. Paul Schenk의 이러한 측정은 과학자와 엔지니어가 따뜻한 내부를 가진 얼어붙은 세계에서 생명체를 찾는 새롭고 영리한 수단을 개발해야 함을 나타냅니다.
그레이트 유로파 피자 논쟁: '얇은 빵 껍질인가 두꺼운 껍질인가?'
갈릴레오의 지질 학적 및 지구 물리학 적 증거는 유로파의 얼음 표면 아래에 액체 바다가 존재한다는 생각을 뒷받침합니다. 논쟁은 이제 이 얼음 껍질이 얼마나 두꺼운지에 초점을 맞추고 있습니다. 바다는 불과 몇 킬로미터 두께의 얇은 얼음 껍질을 통해 녹아 물과 그 안에서 수영하는 모든 것이 햇빛(및 방사선)에 노출될 수 있습니다. 얇은 얼음 껍질이 녹아 바다를 표면에 노출시키고 광합성 유기체가 햇빛에 쉽게 접근할 수 있도록 합니다. 수십 킬로미터 두께의 두꺼운 얼음 껍질은 녹아내릴 가능성이 매우 낮습니다.
유로파의 얼음 껍질의 두께가 중요한 이유는 무엇입니까?
두께는 유로파가 얼마나 많은 조수 가열을 받고 있는지를 간접적으로 측정한 것입니다. 조석 가열은 유로파에 액체 상태의 물이 얼마나 있는지 추정하고 유로파 해저에 화산 활동이 있는지 여부를 추정하는 데 중요하지만 파생되어야 합니다. 측정할 수 없습니다. 19km 두께의 새로운 추정치는 일부 조석 가열 모델과 일치하지만 더 많은 추가 연구가 필요합니다.
두께는 유로파 바다의 생물학적으로 중요한 물질이 표면으로 이동하거나 다시 바다로 이동할 수 있는 방법과 위치를 제어하기 때문에 중요합니다. 햇빛은 얼음 껍질 속으로 몇 미터 이상 침투할 수 없으므로 광합성 유기체는 생존을 위해 유로파 표면에 쉽게 접근할 수 있어야 합니다. 이 주제에 대해서는 나중에 자세히 설명합니다.
두께는 또한 궁극적으로 우리가 유로파의 바다를 탐험하고 유로파의 생명체 또는 유기 화학의 증거를 찾는 방법을 결정합니다. 우리는 그러한 두꺼운 지각을 통해 직접 바다를 시추하거나 샘플링할 수 없으며 표면에 노출되었을 수 있는 해양 물질을 검색하는 영리한 방법을 개발해야 합니다.
유로파의 두께를 어떻게 추정합니까? 얼음 껍질은 무엇입니까?
유로파의 거대한 얼음 갈릴레이 위성에 대한 충돌 분화구에 대한 이 연구는 유로파에 있는 충돌 분화구의 지형과 형태를 자매 얼음 위성인 가니메데 및 칼리스토와 비교한 결과를 기반으로 합니다. 240개 이상의 분화구(그 중 65개 유로파)는 NASA의 보이저(Voyager)와 갈릴레오(Galileo) 우주선에서 획득한 이미지의 스테레오 및 지형 분석을 사용하여 Dr. Schenk에 의해 측정되었습니다. 갈릴레오는 현재 목성 주위를 도는 중이며 2003년 말 목성으로의 마지막 추락을 향해 가고 있습니다. 가니메데와 칼리스토 모두 내부에 액체 상태의 바다가 있는 것으로 믿어지지만, 둘 다 다소 깊을 것으로 추정됩니다(약 100-200km). 이것은 대부분의 분화구가 바다의 영향을 받지 않고 바다까지의 깊이가 불확실하지만 훨씬 더 얕을 가능성이 있는 유로파와 비교하는 데 사용할 수 있음을 의미합니다.
유로파의 얼음 껍질 두께 추정은 두 가지 주요 관찰 결과를 기반으로 합니다. 첫 번째는 유로파의 더 큰 분화구의 모양이 가니메데와 칼리스토의 비슷한 크기의 분화구와 상당히 다르다는 것입니다. 쉥크 박사의 측정 결과에 따르면 8km 너비의 크레이터는 가니메데나 칼리스토의 크레이터와 근본적으로 다릅니다. 이것은 얼음 껍질의 아래쪽 부분이 따뜻하기 때문입니다. 얼음의 강도는 온도에 매우 민감하고 따뜻한 얼음은 부드럽고 빠르게 흐릅니다(빙하를 생각하십시오).
두 번째 관찰은 유로파의 분화구 직경이 ~30km를 초과함에 따라 분화구의 형태와 모양이 극적으로 변한다는 것입니다. 30km보다 작은 분화구는 깊이가 수백 미터이며 인식할 수 있는 가장자리와 중앙 융기가 있습니다(이것은 충격 분화구의 표준 기능임). 너비가 27km인 크레이터 Pwyll은 이러한 크레이터 중 가장 큰 크레이터 중 하나입니다.
반면에 30km보다 큰 유로파의 분화구는 가장자리나 융기가 없고 지형 표현이 무시할 정도입니다. 오히려 그들은 동심원의 골과 능선으로 둘러싸여 있습니다. 형태와 지형의 이러한 변화는 유로파의 얼음 지각 특성의 근본적인 변화를 나타냅니다. 가장 논리적인 변화는 고체에서 액체로의 변화입니다. 큰 유로판 분화구의 동심원 고리는 아마도 분화구 바닥의 대대적인 붕괴 때문일 것입니다. 원래 깊은 분화구 구멍이 무너지면서 얼음 지각 아래의 물질이 공극을 채우기 위해 돌진합니다. 이 돌진하는 물질은 위에 있는 지각을 끌어서 부서지고 관찰된 동심원 고리를 형성합니다.
19~25km 값은 어디에서 왔습니까?
더 큰 충돌 크레이터는 행성의 지각 깊숙이 침투하며 그 깊이의 특성에 민감합니다. 유로파도 예외는 아니다. 핵심은 ~30km 직경의 분화구에서 형태와 모양의 급격한 변화입니다. 이를 사용하려면 충돌 분화구의 최종 모양에 영향을 미치기 전에 원래 분화구의 크기와 액체 층이 얼마나 얕아야 하는지 추정해야 합니다. 이것은 충격 역학에 대한 수치 계산 및 실험실 실험에서 파생됩니다. 이? 분화구 붕괴 모델? 그런 다음 관찰된 전이 직경을 레이어의 두께로 변환하는 데 사용됩니다. 따라서 30km 너비의 크레이터는 19-25km 깊이의 층을 감지하거나 감지합니다.
유로파의 얼음 껍질 두께에 대한 이러한 추정치는 얼마나 확실합니까?
이러한 기술을 사용하는 정확한 두께에는 약간의 불확실성이 있습니다. 이는 주로 충격 크레이터 역학의 세부 사항에 대한 불확실성으로 인해 실험실에서 복제하기가 매우 어렵습니다. 그러나 불확실성은 아마도 10%에서 20% 사이에 불과하므로 유로파의 얼음 껍질이 몇 킬로미터 두께가 아니라는 것을 합리적으로 확신할 수 있습니다.
얼음 껍질이 과거에 더 얇았을까?
분화구 지형에 가니메데의 얼음 두께가 시간이 지남에 따라 변했다는 증거가 있으며 유로파에서도 마찬가지일 수 있습니다. 19~25km의 얼음 껍질 두께에 대한 추정치는 우리가 현재 유로파에서 볼 수 있는 얼음 표면과 관련이 있습니다. 이 표면은 약 3000만년에서 5000만년 정도로 추정됩니다. 이보다 오래된 대부분의 표면 재료는 구조론과 재포장에 의해 파괴되었습니다. 이 오래된 얼음 지각은 오늘날의 지각보다 얇았을 수 있지만 현재로서는 알 방법이 없습니다.
이제 유로파의 얼음 껍질에 얇은 반점이 생길 수 있습니까?
Schenk 박사가 연구한 충돌 분화구는 유로파 표면에 흩어져 있습니다. 이것은 얼음 껍질이 모든 곳에서 두껍다는 것을 암시합니다. 높은 열 흐름으로 인해 쉘이 얇은 부분이 있을 수 있습니다. 그러나 껍질 바닥의 얼음은 매우 따뜻하며 지구 빙하에서 볼 수 있듯이 따뜻한 얼음은 상당히 빠르게 흐릅니다. 결과적으로, 어떤? 구멍? 유로파에서는 얼음 껍질이 흐르는 얼음으로 빠르게 채워집니다.
두꺼운 얼음 껍질은 유로파에 생명체가 없다는 것을 의미합니까?
아니요! 생명의 기원과 유로파 내부의 조건에 대해 아는 것이 얼마나 적은지를 감안할 때 생명은 여전히 그럴듯합니다. 얼음 아래에 물이 있을 가능성이 있다는 것이 핵심 요소 중 하나입니다. 두꺼운 얼음 껍질은 유로파에서 광합성을 거의 불가능하게 만듭니다. 유기체는 표면에 빠르고 쉽게 접근할 수 없습니다. 유로파 내부의 유기체가 햇빛 없이도 생존할 수 있다면 껍질의 두께는 이차적으로만 중요합니다. 결국 유기체는 지구의 바다 밑바닥에서 햇빛 없이도 아주 잘 지내며 화학 에너지로 생존합니다. 살아있는 유기체가 처음에 이 환경에서 기원하는 것이 가능하다면 이것은 유로파에서 사실일 수 있습니다.
그렇다면 유로파의 얼음 껍질은 먼 과거에 훨씬 더 얇았을 수도 있고, 아니면 어느 시점에는 존재하지 않았고 바다는 알몸으로 우주에 노출되었을 수도 있습니다. 그것이 사실이라면 화학과 시간에 따라 다양한 유기체가 진화할 수 있습니다. 바다가 얼기 시작하면 살아남은 유기체는 해저의 화산(화산이 형성되는 경우)과 같이 생존할 수 있는 환경으로 진화할 수 있습니다.
얼음 껍질이 두꺼운 경우 유로파에서 생명체를 탐험할 수 있습니까?
지각이 실제로 이렇게 두꺼우면 밧줄로 묶인 로봇으로 얼음을 뚫거나 녹이는 것은 비현실적일 것입니다! 그럼에도 불구하고 우리는 다른 지역에서 유기 해양 화학이나 생명체를 찾을 수 있습니다. 도전은 우리가 유로파를 탐험하기 위한 영리한 전략을 고안하여 그곳에 있는 것을 오염시키지 않고 그럼에도 불구하고 발견하는 것입니다. 두꺼운 얼음 껍질의 가능성은 우리가 노출된 해양 물질을 발견할 수 있는 가능한 장소의 수를 제한합니다. 아마도 해양 물질은 작은 거품이나 주머니 또는 다른 지질학적 수단에 의해 표면으로 가져온 얼음 내부의 층으로 묻혀 있어야 할 것입니다. 세 가지 지질학적 과정이 이를 수행할 수 있습니다.
1. 충돌 분화구는 깊은 곳에서 지각 물질을 발굴하여 표면으로 내보냅니다. 그곳에서 우리는 그것을 집어들 수 있습니다(50년 전 우리는 애리조나의 Meteor Crater 측면에서 철 운석 조각을 주울 수 있었지만 지금은 대부분이 발견되었습니다. ). 불행하게도, 유로파에서 가장 큰 것으로 알려진 분화구인 Tyre는 깊이가 3km에 불과하며 바다 근처에 도달할 만큼 깊지 않습니다(기하학적 구조와 역학으로 인해 분화구는 아래쪽이 아니라 위쪽에서 굴착됨). 해양 물질의 주머니나 층이 얕은 깊이에서 지각 속으로 얼어붙었다면 충돌 분화구에서 표본을 채취할 수 있습니다. 실제로 타이어의 바닥은 원래 껍질보다 약간 더 오렌지색입니다. 그러나 갈릴레오는 유로파의 약 절반을 잘 보았으므로 잘 보이지 않는 쪽에 더 큰 분화구가 있을 수 있습니다. 우리는 다시 돌아가서 알아내야 합니다.
2. 유로파의 얼음 껍질이 다소 불안정하고 대류 중이라는 강력한 증거가 있습니다. 이것은 깊은 지각 물질의 덩어리가 표면을 향해 위쪽으로 상승한다는 것을 의미하며, 때때로 폭이 몇 킬로미터인 돔으로 노출됩니다(덩어리가 Silly Putty와 같은 부드럽고 단단한 물질이라는 점을 제외하고 Lava Lamp를 생각하십시오). 그러면 하부 지각 내에 묻혀 있는 모든 해양 물질이 표면에 노출될 수 있습니다. 이 과정은 수천 년이 걸릴 수 있으며 목성의 치명적인 방사선에 대한 노출은 말할 것도 없이 비우호적일 것입니다! 그러나 적어도 우리는 뒤에 남아 있는 것을 조사하고 샘플링할 수 있습니다.
3. 얼음 껍데기가 문자 그대로 찢어지고 갈라진 유로파 표면의 넓은 영역을 재포장. 이 영역은 비어 있지 않지만 아래에서 새로운 재료로 채워졌습니다. 이 지역은 해양 물질이 범람한 것이 아니라 지각 바닥의 부드럽고 따뜻한 얼음에 의해 범람된 것으로 보입니다. 그럼에도 불구하고 이 새로운 지각 물질 내에서 해양 물질이 발견될 가능성이 매우 높습니다.
유로파의 표면과 역사에 대한 우리의 이해는 여전히 매우 제한적입니다. 해양 물질을 표면으로 가져오는 알 수 없는 과정이 발생할 수 있지만 유로파로의 회귀만이 알 수 있습니다.
유로파 다음은?
비용 초과로 인해 제안된 Europa Orbiter의 최근 취소와 함께, 이것은 Europa의 바다를 탐험하기 위한 우리의 전략을 재검토하기에 좋은 시간입니다. 밧줄로 묶인 잠수함과 깊은 드릴링 탐사선은 그러한 깊은 지각에서 다소 비실용적이지만 표면 착륙선은 그럼에도 불구하고 매우 중요할 수 있습니다. 착륙선을 표면으로 보내기 전에 목성이나 유로파 궤도에서 정찰 임무를 보내 해양 물질의 노출과 지각의 얇은 부분을 찾고 최상의 착륙 지점을 정찰해야 합니다. 그러한 임무는 광물 식별을 위해 크게 개선된 적외선 매핑 기능을 사용하게 될 것입니다(결국 Galileo 장비는 거의 25년이 되었습니다). 스테레오 및 레이저 장비는 지형 매핑에 사용됩니다. 중력 연구와 함께 이러한 데이터는 얼음 지각의 상대적으로 얇은 영역을 검색하는 데 사용할 수 있습니다. 마지막으로 갈릴레오는 충돌 분화구를 포함하여 매핑에 충분한 해상도에서 유로파의 절반 미만을 관찰했습니다. 예를 들어 잘 보이지 않는 이 반구의 분화구는 과거에 유로파의 얼음 껍질이 더 얇았는지 여부를 나타낼 수 있습니다.
유럽을 위한 착륙선?
지진계가 있는 착륙선은 목성과 이오가 가하는 일일 조석력에 의해 발생하는 유로파 지진을 들을 수 있습니다. 지진파는 얼음 껍질의 바닥과 아마도 바다의 바닥까지 깊이를 정확하게 매핑하는 데 사용할 수 있습니다. 그런 다음 온보드 화학 분석기가 유기 분자 또는 기타 생물학적 추적자를 검색하고 잠재적으로 해양 화학을 결정할 것입니다. 행성. 그러한 착륙선은 표면의 방사선 손상 구역을 통과하기 위해 몇 미터를 뚫어야 할 것입니다. 이러한 임무가 완료된 후에야 우리는 이 감질나는 행성 크기의 달에 대한 진정한 탐사를 시작할 수 있습니다. Monty Python의 말을 빌리자면, ?아직 죽지 않았습니까!?
원본 출처: USRA 보도 자료