Zeestromingen kunnen de circulatie van de Europese ijskorst beïnvloeden

Het onderzoek onthult een nieuwe verklaring voor hoe de ijzige korst van Jupiters maan Europa met een andere snelheid roteert dan de interne rotatie. NASA’s Europa Clipper zal een kijkje nemen.

NASA-wetenschappers hebben sterk bewijs dat de maan Europa van Jupiter een binnenoceaan heeft onder zijn ijzige buitenste schil – een enorme hoeveelheid zout water die rond het rotsachtige binnenste van de maan cirkelt. Nieuwe computermodellen suggereren dat water de ijzige korst in feite kan voortduwen, waardoor de rotatie van de ijzige korst van de maan in de loop van de tijd mogelijk wordt versneld en vertraagd.

Wetenschappers hebben geweten dat de schelp van Europa waarschijnlijk vrij drijft en met een andere snelheid ronddraait dan de oceaan eronder en het rotsachtige binnenland. De nieuwe modellering is de eerste die aantoont dat oceaanstromingen in Europa kunnen bijdragen aan de circulatie van de cryosfeer.

Een belangrijk onderdeel van het onderzoek betrof het berekenen van weerstand – de horizontale kracht die de omtrek van de maan uitoefent op het ijs erboven. Het onderzoek laat zien hoe de kracht van de oceaanstroom en de aantrekkingskracht ervan tegen de ijskap een deel van de geologie op het oppervlak van Europa zou kunnen verklaren. Scheuren en richels kunnen het gevolg zijn van het langzaam uitrekken en instorten van de ijskorst in de loop van de tijd terwijl deze wordt geduwd en getrokken door zeestromingen.

“Voordien was het door laboratoriumexperimenten en modellering bekend dat opwarming en afkoeling van Europa’s oceaan de stromingen zou kunnen aandrijven”, zegt Hamish Hay, een onderzoeker aan de Universiteit van Oxford en hoofdauteur van de studie gepubliceerd in JGR: Planets. Hay voerde het onderzoek uit als postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. “Nu benadrukken onze resultaten een koppeling tussen oceaan- en ijskorstcirculatie waaraan nog niet eerder was gedacht.”

Het kan ook mogelijk zijn om, met behulp van metingen die zijn verzameld door NASA’s aanstaande Europa Clipper-missie, precies te bepalen hoe snel de ijskorst ronddraait. Wanneer wetenschappers de beelden die door de Europa Clipper zijn verzameld, vergelijken met de beelden die in het verleden zijn gemaakt door NASA’s Galileo- en Voyager-missies, kunnen ze de locaties van ijsoppervlakkenmerken onderzoeken en mogelijk bepalen of de locatie van de ijskorst van de maan in de loop van de tijd is veranderd. .

Illustratie van het probleem en de schaduwcilinder. Een omtrek van uniforme dikte, H, is ingeklemd tussen twee vaste oppervlakken. Wanneer de oceanische dynamiek wordt beperkt door rotatie, wordt de relevante dikte de kolomdikte evenwijdig aan de rotatieas. Dit wordt gekenmerkt door een scherpe discontinuïteit in de tropische zeebodem. Convectieve Rossby-golven worden rechts weergegeven, wat resulteert in een superequatoriale circulatie in het geval van bijna lineaire convectie. NASA/JGR-planeten

Decennia lang hebben planetaire wetenschappers gedebatteerd of Europa’s ijzige schaal sneller zou kunnen draaien dan diep in het binnenste van de aarde. Maar in plaats van het te koppelen aan de beweging van de oceaan, concentreerden de wetenschappers zich op een externe kracht: Jupiter. Ze veronderstelden dat de zwaartekracht van de gasreus weliswaar aan Europa trekt, maar ook aan de korst van de maan, waardoor deze iets sneller gaat draaien.

“Voor mij was het volkomen onverwacht dat wat er gaande is in de oceaancirculatie genoeg zou kunnen zijn om de ijskorst te beïnvloeden. Dat was een enorme verrassing”, zegt co-auteur en Europa Clipper-projectwetenschapper Robert Pappalardo van JPL. “En het idee die scheuren en richels die we op het oppervlak van Europa zien, kunnen verband houden met de oceaancyclus beneden – geologen denken meestal niet: “Misschien is het de oceaan die het doet.”

De Europa Clipper, nu in de assemblage-, test- en lanceringsfase bij JPL, staat gepland voor lancering in 2024. Het ruimtevaartuig zal in 2030 in een baan om Jupiter beginnen en zal zijn reeks geavanceerde instrumenten gebruiken om wetenschappelijke gegevens te verzamelen terwijl het langs de maan vliegt. ongeveer 50 keer. De missie heeft tot doel vast te stellen of Europa, met zijn diepe binnenzee, omstandigheden heeft die geschikt kunnen zijn voor leven.

Lineaire plakjes (noord-zuid) van het temporele bandbreedtesnelheidsdomein en bandbreedtegemiddelde van verschillende Rayleigh-getallen, Ra, oplopend van linksboven naar rechtsonder. Het snelheidsveld van het gebied is symmetrisch rond de evenaar, dus alleen het noordelijk halfrond wordt weergegeven. De kleurenbalk wordt afgevlakt bij de absolute maximale stroomsnelheid op de hoek van elk segment. NASA/JGR

Als een pot water

Met behulp van technieken die zijn ontwikkeld om de omtrek van de aarde te bestuderen, vertrouwden de auteurs van het artikel op NASA-supercomputers om grootschalige modellen van Europa’s oceaan te maken. Ze onderzochten de fijne kneepjes van hoe water circuleert en hoe verwarming en koeling deze beweging beïnvloeden.

Wetenschappers geloven dat Europa’s innerlijke oceaan van onderaf wordt verwarmd door radioactief verval en getijdenverwarming in de rotsachtige kern van de maan. Als het verwarmen van water in een pan op een fornuis, stijgt het warme water van Europa naar de top van de oceaan.

In de simulaties bewoog de rotatie aanvankelijk verticaal, maar de rotatie van de maan als geheel zorgde ervoor dat het stromende water in een meer horizontale richting afbuigde – in de oost-west en oost-west stromingen. Door wolken in hun simulaties op te nemen, konden de onderzoekers bepalen dat als de stroming snel genoeg is, er voldoende weerstand op het ijs erboven kan zijn om de draaisnelheid van de envelop te versnellen of te vertragen. De hoeveelheid interne verwarming – en dus circulatiepatronen in de oceaan – kan in de loop van de tijd veranderen, waardoor de circulatie van de ijskorst erboven mogelijk wordt versneld of vertraagd.

“Het werk kan belangrijk zijn om te begrijpen hoe de rotatiesnelheden van andere oceaanwerelden in de loop van de tijd zijn veranderd,” zei Hay. “Nu we weten over de mogelijke koppeling van de binnenoceanen met de oppervlakken van deze lichamen, kunnen we meer te weten komen over hun geologische geschiedenis en die van Europa.”

Meer over de missie

Europa Clipper’s belangrijkste wetenschappelijke doel is om te bepalen of er plaatsen zijn onder het oppervlak van Jupiter’s ijzige maan, Europa, die leven zou kunnen ondersteunen. De drie belangrijkste wetenschappelijke doelen van de missie zijn het begrijpen van de aard van de ijskorst en de oceaan eronder, samen met de samenstelling en geologie ervan. De gedetailleerde verkenning van Europa door de missie zal wetenschappers helpen het astrobiologische potentieel van bewoonbare werelden buiten onze planeet beter te begrijpen.

Beheerd door het California Institute of Technology in Pasadena, Californië, ontwikkelt JPL de Europa Clipper-missie in samenwerking met het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, voor NASA’s Science Mission Directorate in Washington. APL ontwierp het hoofdlichaam van het ruimtevaartuig in samenwerking met JPL en NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Het Planetary Mission Program Office in het Marshall Space Flight Center van NASA in Huntsville, Alabama, voert het beheer uit van het Europa Clipper-missieprogramma.

Meer informatie over Europa vindt u hier: europa.nasa.gov

Turbulente wolken op het grensvlak tussen ijs en oceaan in Europa in een simulatieIRoterende convectiecomponenten: implicaties voor de asynchrone rotatie van een ijskorstJGR Planeten (open toegang)

Astrobiologie