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Oceano subterrâneo

O consenso dos cientistas é que existe uma camada de água líquida sob a superfície de Europa e que o calor da flexão das marés permite que o oceano subterrâneo permaneça líquido.[14][54] A temperatura da superfície da Europa é de cerca de 110 K (-160 °C; -260 °F) no equador e apenas 50 K (-220 °C; -370 °F) nos pólos, mantendo a crosta de gelo de Europa tão dura quanto o granito.[8] As primeiras sugestões de um oceano subterrâneo vieram de considerações teóricas de aquecimento de maré (uma conseqüência da órbita ligeiramente excêntrica de Europa e a ressonância orbital com as outras luas de Galileu). Os membros da equipe de imagem da Galileo defendem a existência de um oceano subterrâneo a partir da análise de imagens da Voyager e Galileo.[54] O exemplo mais dramático é o "terreno do caos", uma característica comum na superfície da Europa que alguns interpretam como uma região onde o oceano subterrâneo se derreteu através da crosta gelada. Essa interpretação é controversa. A maioria dos geólogos que estudaram Europa favorecem o que comumente se denomina modelo de "gelo grosso", no qual o oceano raramente, se alguma vez, interagiu diretamente com a superfície atual.[55] A melhor evidência para o modelo de gelo grosso é um estudo das grandes crateras de Europa. As estruturas de impacto maiores são cercadas por anéis que parecem ser preenchidas com gelo relativamente plano e fresco; com base nisso e na quantidade calculada de calor gerado pelas marés de Europa, estima-se que a crosta externa de gelo sólido seja de aproximadamente 10-30 km (6-19 mi) de espessura,[56] incluindo uma camada dúctil de "gelo quente", O que poderia significar que o oceano líquido abaixo pode ser cerca de 100 km (60 mi) de profundidade.[57] Isso leva a um volume de oceanos da Europa de 3 × 10 18 m 3, entre duas ou três vezes o volume dos oceanos da Terra.[58][59]

O modelo de gelo fino sugere que o reservatório de gelo da Europa pode ter apenas alguns quilômetros de espessura. No entanto, a maioria dos cientistas planetários conclui que este modelo considera apenas as camadas mais altas da crosta da Europa que se comportam elasticamente quando são afetadas pelas marés de Júpiter. Um exemplo é a análise de flexão, na qual a crosta de Europa é modelada como um plano ou esfera ponderada e flexionada por uma carga pesada. Modelos como este sugerem que a porção elástica externa da crosta de gelo poderia ser tão fina quanto 200 metros (660 pés). Se o reservatório de gelo da Europa é realmente apenas alguns quilômetros de espessura, esse modelo de "gelo fino" significaria que o contato regular do interior líquido com a superfície poderia ocorrer através de cumes abertos, causando a formação de áreas de terreno caótico. [60]

Composição O orbitador de Galileu descobriu que Europa tem um momento magnético fraco, que é induzido pela parte variável do campo magnético joviano. A força de campo no equador magnético (cerca de 120 nT ) criada por este momento magnético é cerca de um sexto da força do campo de Ganimedes e seis vezes o valor do Callisto. [61] A existência do momento induzido requer uma camada de um material altamente eletricamente condutor no interior da Europa. O candidato mais plausível para este papel é um grande oceano subterrâneo de água salgada líquida. [33]

Uma vez que a nave espacial Voyager passou por Europa em 1979, os cientistas trabalharam para entender a composição do material avermelhado que cobre fraturas e outras características geologicamente juvenis na superfície da Europa. [62] As evidências espectróficas sugerem que as marcas e os traços escuros e avermelhados na superfície da Europa podem ser ricos em sais como o sulfato de magnésio , depositado pela evaporação da água que emergiu de dentro. [63] O hidrato de ácido sulfúrico é outra explicação possível para o contaminante observado de forma espectroscópica. [64] Em ambos os casos, porque estes materiais são incoloros ou brancos quando puros, alguns outros materiais também devem estar presentes para explicar a cor avermelhada, e os compostos de enxofre são suspeitos. [65]

Fontes de calor O aquecimento de maré ocorre através dos processos de fricção das marés e flexões causados ​​pela aceleração das marés : a energia orbital e rotacional são dissipadas como calor no núcleo da lua, no oceano interno e na crosta de gelo. [66]

Fricção de maré As marés oceânicas são convertidas em calor por perdas de fricção nos oceanos e sua interação com o fundo sólido e com a maior massa de gelo. No final de 2008, sugeriu-se que Júpiter possa manter os oceanos da Europa aquecidos ao gerar grandes ondas de maré planetárias na Europa por causa de sua obliquidade pequena, mas não nula. Isso gera as chamadas ondas de Rossby que viajam bastante devagar, em apenas alguns quilômetros por dia, mas podem gerar energia cinética significativa. Para a estimativa atual da inclinação axial de 0,1 graus, a ressonância das ondas de Rossby conteria 7,3 × 10 18 J de energia cinética, que é duas mil vezes maior que a do fluxo excitado pelas forças dominantes da maré. [67] [68] A dissipação desta energia poderia ser a principal fonte de calor do oceano de Europa. [67] [68]

Flexão das marés A flexão das marés amassa o interior da Europa e a camada de gelo, que se torna uma fonte de calor. [69] Dependendo da quantidade de inclinação, o calor gerado pelo fluxo do oceano poderia ser 100 a milhares de vezes maior do que o calor gerado pela flexão do núcleo rochoso da Europa em resposta à atração gravitacional de Júpiter e as outras luas que circundam esse planeta . [70] O fundo do mar da Europa poderia ser aquecido pela constante flexão da lua, gerando atividade hidrotermal semelhante aos vulcões submarinos nos oceanos da Terra. [66]

Experimentos e modelagem de gelo publicados em 2016, indicam que a dissipação da flexão das marés pode gerar uma ordem de magnitude mais calor no gelo da Europa do que os cientistas já haviam assumido anteriormente. [71] [72] Seus resultados indicam que a maior parte do calor gerado pelo gelo realmente vem da estrutura cristalina do gelo (rede) como resultado de deformação e não fricção entre os grãos de gelo. [71] [72] Quanto maior a deformação da camada de gelo, mais calor é gerado.

Decaimento radioativo Além do aquecimento de maré, o interior da Europa também pode ser aquecido pela decomposição de material radioativo ( aquecimento radiogênico ) dentro do manto rochoso. [66] [73] Mas os modelos e os valores observados são cem vezes superiores aos que poderiam ser produzidos por aquecimento radiológico sozinho [74] , o que implica que o aquecimento de maré tem um papel de liderança na Europa. [75]

Plumes

Plumas de vapor de água na lua de Júpiter Europa (impressão do artista) [76] O Hubble Space Telescope adquiriu uma imagem da Europa em 2012, que foi interpretada como uma nuvem de vapor de água em erupção perto do pólo sul. [76] A imagem sugere que a pluma pode ser de 200 km (120 mi) de altura, ou mais de 20 vezes a altura do Monte. Everest. [17] [77] [78] Foi sugerido que, se eles existirem, são episódicos [79] e provavelmente aparecerão quando a Europa estiver no ponto mais distante de Júpiter, de acordo com as previsões de modelagem da força da maré . [80] Evidências de imagem adicionais do Telescópio Espacial Hubble foram apresentadas em setembro de 2016. [81] [82]

Foto compósita de plumas de água suspeitas em Europa. [83] As forças das marés são cerca de 1000 vezes mais fortes do que o efeito da Lua na Terra . A única outra lua no Sistema Solar que exibe plumas de vapor de água é Enceladus . [17] A taxa de erupção estimada em Europa é de cerca de 7000 kg / s [80] em comparação com cerca de 200 kg / s para as plumas de Enceladus. [84] [85] Se confirmado, abriria a possibilidade de um flyby através da pluma e obteria uma amostra para analisar in situ sem ter que usar um lander e perfurar através de quilômetros de gelo. [81] [86]

Atmosfera As observações com o Espectrógrafo Goddard de Alta Resolução do Telescópio Espacial Hubble , descritas pela primeira vez em 1995, revelaram que Europa tem uma atmosfera fina composta principalmente de oxigênio molecular (O 2 ). [87] [88] A pressão superficial da atmosfera de Europa é de 0,1 μPa , ou 10-12 vezes a da Terra. [9] Em 1997, a nave espacial Galileo confirmou a presença de uma ionosfera tênue (uma camada atmosférica superior de partículas carregadas) em torno de Europa criada por radiação solar e partículas energéticas da magnetosfera de Júpiter [89] [90] fornecendo evidência de uma atmosfera .

Campo magnético em torno da Europa. A linha vermelha mostra uma trajetória da nave espacial Galileo durante um flyby típico (E4 ou E14). Ao contrário do oxigênio na atmosfera terrestre , a Europa não é de origem biológica. A atmosfera de superfície delimitada se forma através da radiólise , a dissociação das moléculas através da radiação. [91] A radiação ultravioleta solar e partículas carregadas (íons e elétrons) do ambiente magnetosférico de Jovian colidem com a superfície gelada de Europa, dividindo a água em constituintes de oxigênio e hidrogênio. Esses componentes químicos são então adsorvidos e " pulverizados " na atmosfera. A mesma radiação também cria ejeções colisacionais desses produtos a partir da superfície, e o equilíbrio desses dois processos forma uma atmosfera. [92] O oxigênio molecular é o componente mais denso da atmosfera porque tem uma longa vida útil; Depois de retornar à superfície, ele não se encaixa (congelar) como uma molécula de água ou peróxido de hidrogênio , mas sim desossa da superfície e inicia outro arco balístico . O hidrogênio molecular nunca atinge a superfície, pois é suficientemente leve para escapar da gravidade da superfície de Europa. [93] [94]

As observações da superfície revelaram que parte do oxigênio molecular produzido pela radiólise não é ejetada da superfície. Como a superfície pode interagir com o oceano subterrâneo (considerando a discussão geológica acima), esse oxigênio molecular pode abrir caminho para o oceano, onde pode ajudar nos processos biológicos. [95] Uma estimativa sugere que, dada a taxa de rotatividade deduzida da aparente ~ 0,5 Gyr de idade máxima do gelo da superfície de Europa, a subdução de espécies oxidantes geradas radiolimicamente pode levar a concentrações de oxigênio livres oceânicas que são comparáveis ​​às dos oceanos profundos terrestres. [96]

O hidrogênio molecular que escapa à gravidade da Europa, juntamente com o oxigênio atômico e molecular, forma um toro de gás na vizinhança da órbita de Europa em torno de Júpiter. Esta "nuvem neutra" foi detectada pela nave espacial Cassini e Galileo e tem um maior conteúdo (número de átomos e moléculas) do que a nuvem neutra que circunda a lua interior Io de Júpiter . Os modelos prevêem que quase todos os átomos ou moléculas do toro de Europa são eventualmente ionizados, fornecendo assim uma fonte para o plasma magnetosférico de Júpiter. [97]