اما دانشمندان سیاره‌ای می‌دانند که همهٔ جهان‌ها، هرچند به‌آرامی، در حال تغییرند. این موضوع در مورد «اروپا» (Europa)، یکی از چهار قمر بزرگ مشتری، نیز صادق است. مشاهدات اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) تمرکز خود را بر یخ‌های سطحی اروپا گذاشته و نشان می‌دهد که این سطح به‌طور مداوم در حال تغییر است.
دکتر «اوجوال رائوت» از مؤسسه تحقیقات جنوب‌غربی (SWRI) در گزارشی از تغییراتی که در مشاهدات JWST دیده شده، گفت: سطح اروپا تنها شامل یخ بی‌شکل (آمورف) نیست، بلکه شواهدی از یخ بلوری نیز در آن دیده می‌شود. این موضوع می‌تواند نشانه‌ای از یک منبع آب فعال، مانند اقیانوس زیرسطحی، باشد. همچنین وجود فرایندهای زمین‌شناختی را نشان می‌دهد که سطح قمر را تحت تأثیر قرار می‌دهند. این تغییرات در اروپا بسیار سریع رخ می‌دهند – در برخی مناطق حتی در عرض دو هفته.
رائوت گفت:
«داده‌های ما نشان داد که شواهد قوی‌ای وجود دارد مبنی بر اینکه آنچه می‌بینیم از درون قمر نشأت می‌گیرد، شاید از یک اقیانوس زیرسطحی که تقریباً ۳۰ کیلومتر زیر پوسته ضخیم یخی اروپا قرار دارد. این ناحیه‌ی پوشیده از مواد سطحی ترک‌خورده ممکن است نشان‌دهنده فرایندهای زمین‌شناختی‌ای باشد که مواد زیرزمینی را به سطح می‌رانند. وقتی نشانه‌هایی از CO₂ در سطح می‌بینیم، احتمال می‌دهیم که از یک اقیانوس زیرسطحی آمده باشد. شواهد برای وجود یک اقیانوس مایع در زیر پوسته یخی اروپا در حال افزایش است، و این موضوع بسیار هیجان‌انگیز است چون نشان می‌دهد هنوز چیزهای زیادی برای کشف وجود دارد.»
چه چیزی برای اروپا رخ می‌دهد؟
اروپا به‌عنوان یکی از قمرهای گالیله‌ای، در نزدیکی مشتری و درون میدان مغناطیسی قوی آن گردش می‌کند. به همین دلیل سطح آن به‌طور مداوم با تابش ذرات باردار بمباران می‌شود. این قمر به‌صورت هم‌گام (tidally locked) با مشتری می‌چرخد، یعنی همیشه یک سمت خود را به‌سوی سیاره نشان می‌دهد.
اروپا دارای هسته‌ای سنگی و فلزی است که روی آن اقیانوسی گسترده و پوسته‌ای از یخ نسبتاً جوان (در مقیاس زمین‌شناختی) قرار گرفته است. این پوسته احتمالاً بیشتر از ۱۸۰ میلیون سال قدمت ندارد، که نشان می‌دهد سطح آن از درون بازسازی شده است.
مطالعات طیفی تلسکوپ جیمز وب از سطح این قمر نشان می‌دهد که یخ در مناطق مختلف به شکل‌های گوناگون بلوری می‌شود. در حالت معمول، یخ آب به‌شکل بلورهای شش‌ضلعی منجمد می‌شود (همان حالتی که در زمین هنگام برف یا یخبندان می‌بینیم). اما سطح زمین نسبت به تابش‌ها محافظت‌شده است و یخ‌ها مدت بیشتری به‌شکل بلوری باقی می‌مانند.
با احترام: مؤسسه تحقیقاتی جنوب غرب (SWRI).
در اروپا، ذرات باردار که در میدان مغناطیسی مشتری به دام افتاده‌اند، به سطح حمله کرده و ساختار بلوری یخ را تخریب می‌کنند و آن را به یخ بی‌شکل تبدیل می‌نمایند. اگر فقط این عامل در کار بود، باید سطح قمر به‌طور کامل پوشیده از یخ بی‌شکل می‌بود. اما مشاهدات جیمز وب، وجود یخ بلوری را نیز نشان داده است. همچنین ساختارهای سطحی دیگر مانند شکاف‌ها و پشته‌هایی نیز دیده شده‌اند که تابش نمی‌تواند علت آن‌ها باشد، بلکه فرآیندهای دیگر در حال تغییر سطح هستند. داده‌های جدید تلسکوپ نشان می‌دهند که احتمال وجود اقیانوس مایع در زیر پوسته یخی در حال افزایش است.
بازسازی سطح اروپا
پیش‌تر دانشمندان تصور می‌کردند سطح اروپا با لایه‌ای نازک (حدود نیم متر) از یخ بی‌شکل پوشیده شده است که از یخ بلوری زیرین محافظت می‌کند. اما شواهد جدید از وجود یخ بلوری روی سطح – به‌ویژه در منطقه‌ای به نام تارا رجیو (Tara Regio) – این فرض را به چالش کشیده‌اند.
به‌گفتهٔ «ریچارد کارت‌رایت» از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز، ممکن است سطح در برخی مناطق متفاوت‌تر از حد انتظار باشد. او گفت:
«ما فکر می‌کنیم سطح در برخی مناطق متخلخل و به‌اندازه کافی گرم است که امکان تبلور مجدد یخ را فراهم می‌کند. همچنین در همین ناحیه، که به‌عنوان منطقه آشوب (chaos region) شناخته می‌شود، نشانه‌های عجیب‌تری نیز وجود دارد – از جمله قوی‌ترین شواهد از وجود سدیم کلرید، یعنی همان نمک خوراکی، که احتمالاً از اقیانوس داخلی آمده است. همچنین شاهد حضور CO₂ و پراکسید هیدروژن هستیم. شیمی این منطقه واقعاً عجیب و هیجان‌انگیز است.»
CO₂ یافت‌شده در این منطقه شامل رایج‌ترین نوع کربن (با عدد جرمی ۱۲ و دارای شش پروتون و شش نوترون) و ایزوتوپ سنگین‌تر آن (با عدد جرمی ۱۳، دارای شش پروتون و هفت نوترون) است. این تفاوت‌ها پرسش‌هایی را درباره منشأ CO₂ ایجاد می‌کند. کارت‌رایت افزود:
«توضیح این مسئله دشوار است، اما همه مسیرها به منبعی درونی ختم می‌شوند – چیزی که با فرضیه‌های دیگر درباره منشأ CO₂ در تارا رجیو همخوانی دارد.»
منابع آب و بازسازی سطح
اما این آب چگونه به سطح رانده می‌شود؟ دو منبع اصلی گرما در کار هستند: گرمایش کشندی (در اثر گرانش مشتری) و واپاشی پرتوزا در هسته. هر دو فرایند، اقیانوس زیرسطحی را گرم کرده و باعث رانش آب به سطح می‌شوند.
چه چیزی باعث شکل‌گیری زمین‌های آشفته در مناطقی مانند تارا رجیو می‌شود؟ یکی از راه‌های ممکن، تشکیل ناحیه‌های آشوب (chaos regions) است – مناطقی ترک‌خورده و در‌هم‌ریخته که احتمالاً در اثر صعود مواد گرم‌تر و نیمه‌مایع از درون (شبیه دودکش) ایجاد شده‌اند. وقتی این آب به سطح می‌رسد، فوراً منجمد شده و یخ بلوری تشکیل می‌دهد. این آب همچنین گازهایی مانند CO₂ و مواد حل‌شده دیگر را نیز با خود بالا می‌آورد.
نقشه زمین‌شناسی اروپا که ساختار درونی آن و فرآیندهایی را نشان می‌دهد که به تغییر سطح کمک می‌کنند.
با احترام: دیوید هینکل (JPL) در مقاله رابرتس، جی.اچ.، مک‌کینون، دبلیو.بی.، الدر، سی.ام. و همکاران، «کاوش درون اروپا با مأموریت اروپا کلیپر».
CC BY 4.0
روش دیگر رساندن آب به سطح، فوران‌های آبی (plumes) است – چشمه‌های جوشان که دانه‌های یخ را به سطح می‌پاشند. از دیگر عوامل ممکن برای تشکیل یخ بلوری می‌توان به جابجایی سطحی یا برخورد شهاب‌سنگ‌ها اشاره کرد. برخوردها می‌توانند در زمانی کوتاه، یخ تازه به سطح آورند – موضوعی که شاید وجود یخ در تارا را توجیه کند.
این بازسازی سطح با یخ بلوری عمر کوتاهی دارد، زیرا تابش دائمی ذرات باردار بلافاصله آن را به یخ بی‌شکل تبدیل می‌کند. نویسندگان مقاله می‌گویند که این فرایند در کمتر از ۱۵ روز می‌تواند سطح را تغییر دهد. بنابراین، با توجه به اینکه سطح اروپا دائماً نوسازی می‌شود و به‌سرعت تخریب می‌گردد، این قمر جهانی زنده و پرتلاطم است. مأموریت آیندهٔ Europa Clipper می‌تواند در گذرهای نزدیک خود، این نواحی را با جزئیات بیشتری بررسی کند.
