اروپا، قمر مشتری، از ماه زمین کوچکتر است، اما اقیانوس پنهان درون آن ممکن است بیش از دو برابر مجموع آب تمام اقیانوسهای زمین را در خود جای داده باشد.
این تضاد همیشه یکی از سختترین جنبههای اروپا برای تصور کردن بوده است. جهانی با قطری تنها ۳۱۲۰ کیلومتر ممکن است اقیانوسی سراسری به عمق تقریبی ۶۰ تا ۱۵۰ کیلومتر داشته باشد؛ اقیانوسی که در اطراف یک هسته سنگی گسترده شده و از فضا در زیر لایهای ضخیم از یخ محصور است.
حالا اندازهگیری جدید مأموریت جونو ناسا را نیز به این تصویر اضافه کنید: این مأموریت در منطقهای که ابزار رادیومتر مایکروویو آن بررسی کرده، میانگین ضخامت ۲۹ کیلومتری از یخ سرد و رسانا را اندازهگیری کرده است.
با استفاده از ارتفاع رسمی پذیرفتهشده برای قله اورست، یعنی ۸٫۸۴۸۸۶ کیلومتر، سه قله اورست روی هم حدود ۲۶٫۵۵ کیلومتر ارتفاع خواهند داشت. بنابراین، برآورد مرکزی ضخامت یخ اروپا، یعنی ۲۹ کیلومتر، حدود ۲٫۴۵ کیلومتر فراتر از قله فرضی این سه اورست ادامه پیدا میکند.
این مقایسه شگفتانگیز است، اما باید بلافاصله یک نکته مهم را در نظر گرفت. این نتیجه برابر با ۲۹ کیلومتر با عدم قطعیت مثبت یا منفی ۱۰ کیلومتر است، تنها به منطقه بررسیشده مربوط میشود و بر اساس مدلی با فرضیات مشخص درباره یخ به دست آمده است.
این تنها یک اندازهگیری است و نقشه نهایی و سراسری از پوسته یخی اروپا محسوب نمیشود.
با وجود این محدودیتها، این یافته بحثی قدیمی را به سمت فرضیه وجود لایهای ضخیم از یخ سوق میدهد. همچنین پرسش مهمتری را درباره قابلیت احتمالی اروپا برای میزبانی حیات مطرح میکند: مسئله فقط این نیست که آیا اقیانوسی عظیم وجود دارد یا نه، بلکه مهمتر این است که آیا مواد شیمیایی ضروری میتوانند میان این اقیانوس، سنگهای زیر آن و سطحی که در فاصلهای بسیار بالاتر تحت تابش شدید قرار دارد، جابهجا شوند یا خیر.
جونو گرمای عبوری از میان یخ را اندازهگیری کرد
فضاپیمای جونو در درجه اول برای بررسی مشتری ساخته شده بود، نه نقشهبرداری از درون اروپا. رادیومتر مایکروویو این فضاپیما برای بررسی لایههای زیر ابرهای مشتری طراحی شده و با اندازهگیری انتشار امواج مایکروویو در شش فرکانس مختلف کار میکند.
در ۲۹ سپتامبر ۲۰۲۲، جونو در فاصله حدود ۳۶۰ کیلومتری از اروپا عبور کرد. این فضاپیما در جریان این گذر نزدیک، دادههایی را از تقریباً نیمی از سطح این قمر جمعآوری کرد.
تحلیل این دادهها که به سرپرستی استیو لوین انجام شد و در نشریه Nature Astronomy منتشر شد، از ۱۲۹ اندازهگیری در هر کانال فرکانسی استفاده کرد تا دما را در عمقهای مختلف تخمین بزند.
البته این توضیح ممکن است روش کار را سادهتر از واقعیت نشان دهد. جونو یک پالس راداری را از میان ۲۹ کیلومتر یخ ارسال نکرد تا به اقیانوس برسد و سپس با اندازهگیری زمان بازگشت، فاصله را محاسبه کند.
یخ امواج مایکروویو منتشر میکند. بسته به دما و میزان کدری یخ، فرکانسهای پایینتر میتوانند اطلاعاتی را از لایههای عمیقتر نسبت به فرکانسهای بالاتر منتقل کنند. پژوهشگران بررسی کردند که دمای روشنایی در کانالهای مختلف رادیومتر مایکروویو چگونه تغییر میکند و همچنین چه مقدار از امواج رادیویی ورودی از کمربندهای تشعشعی مشتری و کهکشان توسط اروپا بازتاب میشود.
تفاوت میان اندازهگیریهای ۰٫۶ و ۱٫۲ گیگاهرتزی اهمیت ویژهای داشت، زیرا به تعیین شیب عمودی دما کمک میکرد. یک پوسته ضخیم و رسانا، شیب دمایی متفاوتی نسبت به یک پوسته نازک دارد.
بهترین مدل با دادهها، ضخامت متوسط ۲۹ کیلومتری را برای پوسته رسانای اروپا نشان داد. ناسا این نتیجه را نخستین اندازهگیریای میداند که میتواند میان مدلهای دارای پوستهای بسیار نازک، کمتر از یک کیلومتر، و مدلهایی با ضخامت چند ده کیلومتر تمایز قائل شود.
نکته جالب در این پژوهش، استفاده از تداخلی بود که در ابتدا ممکن است یک عامل مزاحم به نظر برسد. امواج رادیویی بازتابشده از مشتری، سیگنال را پیچیده کردند، اما تغییر زاویه این امواج به تیم پژوهشی کمک کرد تا میزان بازتابندگی یخ را بهتر تعیین کند. در واقع، بخشی از چیزی که میتوانست نویز محسوب شود، به بخشی از اندازهگیری تبدیل شد.
عدد ۲۹ کیلومتر یک مدل است، نه خطکش
عدمقطعیت آماری رسمی در مدل موردنظر پژوهشگران بسیار کمتر از ۱۰ کیلومتر بود. اما عدمقطعیت بزرگترِ مثبت یا منفی ۱۰ کیلومتر، از نگرانی واقعبینانهتری ناشی میشود: اینکه تغییرات مدلنشده در سطح اروپا ممکن است بخشی از سیگنالی را ایجاد کرده باشند که به ضخامت یخ نسبت داده شده است.
به همین دلیل، پژوهشگران نتیجه را ۲۹ کیلومتر با عدمقطعیت مثبت یا منفی ۱۰ کیلومتر اعلام کردند.
در پایینترین حد، یعنی ۱۹ کیلومتر، پوسته یخی اروپا از ارتفاع سه اورست بیشتر نخواهد بود. در بالاترین حد، یعنی ۳۹ کیلومتر، ضخامت آن از ارتفاع چهار اورست نیز فراتر میرود. بنابراین، مقایسه مطرحشده بر اساس برآورد مرکزی است و نه تمام محدوده احتمالی.
این مدل همچنین یخ آب خالص را فرض میکند و وجود یک لایه گرمتر و همرفتی در زیر یخ رسانای سخت را در نظر نمیگیرد. این دو فرض میتوانند تفسیرهای متفاوتی ایجاد کنند.
نمکهای حلشده باعث میشوند یخ در برابر امواج مایکروویو کدرتر شود. ناسا میگوید مقدار متوسطی از نمک، مشابه آنچه در برخی مدلهای اروپا در نظر گرفته شده، میتواند برآورد ضخامت را حدود ۵ کیلومتر کاهش دهد.
اما وجود یک لایه همرفتی میتواند ضخامت کل این مانع را افزایش دهد. نتیجه ۲۹ کیلومتری در واقع لایه سرد بیرونی را توصیف میکند که گرما را عمدتاً از طریق رسانش منتقل میکند. اگر یخ گرمتر در زیر این لایه بهآرامی حرکت و جابهجا شود، ضخامت کامل پوسته جامد میان سطح و اقیانوس میتواند بیشتر باشد.
مسئله دیگری نیز به جغرافیا مربوط میشود. رادیومتر مایکروویو جونو در جریان یک گذر نزدیک، حدود نیمی از اروپا را بررسی کرد و تحلیل انجامشده از مدلی با یکنواختی جانبی استفاده کرد؛ این در حالی است که دشتهای پوشیده از شیار و مناطق آشفته سطح اروپا از نظر ظاهری تفاوتهای چشمگیری دارند.
بنابراین، گفتن اینکه «اروپا در همهجا دقیقاً ۲۹ کیلومتر یخ دارد» اغراقآمیز خواهد بود. تفسیر دقیقتر این است که دادههای مایکروویو وجود یک پوسته رسانای ضخیم را در منطقه بررسیشده محتملتر میدانند و ۲۹ کیلومتر، برآورد مرکزی بر اساس یک مدل ایدهآلشده از یخ خالص است.
چگونه یک قمر کوچک میتواند آب بیشتری از زمین پنهان کرده باشد؟
مقایسه میزان آب اروپا با زمین تنها زمانی غیرممکن به نظر میرسد که اقیانوسها را صرفاً بهعنوان پدیدههایی روی سطح سیاره تصور کنیم.
اقیانوسهای زمین گستردهاند، اما عمق نسبتاً کمی دارند. میانگین عمق آنها کمتر از ۴ کیلومتر است و قارهها نیز در میانشان قرار گرفتهاند. در مقابل، اقیانوس احتمالی اروپا ممکن است سراسری باشد و عمقی بین چند ده تا بیش از ۱۰۰ کیلومتر داشته باشد.
