Kílómetra þykkar íshellur þekja Evrópu, tungl Júpíters, með öróttri steinharðri klakabrynju þar sem frostið getur farið yfir -220°C. Þetta virðist vera ákaflega fjandsamlegt klakaríki sem sérhver lifandi vera ætti að halda sig fjarri.
En á sumum stöðum rofnar ísinn og sprautar með jöfnu millibili 200 km háum strókum af vatnsgufum út í geim. Þetta sýna nýlegar myndir frá geimsjónaukanum Hubble sem í 15 mánuði hefur fylgst með þessu litla tungli.
Strókarnir eru að líkindum fljótandi vatn sem þrýstist með ægihraða upp í gegnum sprungurnar á íshellum Evrópu og gufa upp þegar þær mæta tómarúminu. Stjarnvísindamenn að baki rannsóknanna telja súlurnar til merkis um að tunglið hafi að geyma risastórt haf undir íshellunum sem gæti geymt tvöfalt meira vatn en finnst á Jörðinni.
Vatnsgufustrókar á Evrópu, tungli Júpíters
Fundurinn er einungis sá síðasti í röð uppgötvanna sem á síðustu árum hafa sýnt að margir hnettir sólkerfisins eru með kílómetra djúp neðanjarðarhöf og gætu því mögulega hýst líf.
Stjarnfræðingar fylgjast með vatninu
Þegar bandaríska geimferðastofnunin NASA leitar eftir lífi í geimnum eru eftirfarandi orð höfð til hliðsjónar: „Fylgist með vatni“. Á Jörðinni hafa líffræðingar fundið lifandi verur í öllum krókum og kimum þar sem er að finna fljótandi vatn og stjarnfræðingar vonast til þess að sama eigi við um aðra hnetti.
Vatn er fljótandi við hitastig sem gerir það að heppilegu búsvæði fyrir lifandi verur. Jafnframt er fljótandi vatn afar gott upplausnarefni sem hjálpar næringarefnum á leið til frumna. Fljótandi vatn, ásamt söltum og steinefnum, er því fullkominn grunnur fyrir líf. Og sé orka einnig tekin með í jöfnuna er áhugi stjarnfræðinga eðlilega mikill.
Þökk sé ótal ómönnuðum könnunarförum og athugunum með sjónaukum er listinn yfir hnetti í sólkerfinu sem mögulega hafa fljótandi vatn orðinn nokkuð fjölmennur. Listinn telur núna 12 plánetur, dvergplánetur og tungl sem eru ekki aðeins afar breytileg hvað stærð varðar, heldur dreifast út um allt sólkerfið.
Vatn Jarðar er sem smápollur
Margir af hnöttum sólkerfisins hafa líklega að geyma langtum meira magn af vatni en Jörðin.
JÖRÐIN
Radíus hnattar: 6371 km Vatnsmagn: 1360 mio. km3
EVRÓPA
Radíus hnattar: 1561 km Vatnsmagn: 2854 mio. km3
GANÝMEDES
Radíus hnattar: 2631 km Vatnsmagn: 54.361 mio. km3
KALLISTÓ
Radíus hnattar: 2410 km Vatnsmagn: 24.429 mio. km3
TÍTAN
Radíus hnattar: 2576 km Vatnsmagn: 28.280 mio. km3
Af þessum himintunglum eru stjarnfræðingar nokkuð vissir um að tvö tungl Júpíters, Ganýmedes og Evrópa, ásamt Enkeladusi, tungli Satúrnusar hafi til að bera fljótandi vatn. En þetta hefur þó ekki endanlega fengist staðfest.
Það kann að virðast mótsagnakennt að stjarnfræðingar líta á þrjú tungl sem eru á braut um Júpíter og Satúrnus sem helstu kandidata vatnsberandi himintungla í sólkerfinu. Þessi þrjú ístungl eru, rétt eins og reikistjörnur þeirra, langt fyrir utan lífvænlegt belti sólkerfisins þar sem hitinn þarf að vera nægilega hár til að tryggja fljótandi vatn.
Júpíter kremur ístungl
Stjarnfræðingar hafa lengi fylgst grannt með Evrópu sem er á stærð við tunglið okkar og þar með hið minnsta af fjórum stórum tunglum Júpíters. Og myndir frá Hubble – sjónaukanum staðfesta því nokkuð vel að tunglið hýsir vatn.
Undir forrystu stjarnfræðingsins William Sparks við Space Telescope Science Institute í Baltimore nýtti teymi vísindamanna sér tækni sem er að jafnaði notuð til að ráða í hvort pláneta á braut um framandi stjörnu hafi lofthjúp.
Hnötturinn afhjúpar sjálfur vatnið
Þegar stjarnvísindamenn leita eftir fljótandi vatni í sólkerfinu rannsaka þeir einkum sjö kennimerki. Þessir fjarlægu og ógestrisnu hnettir afhjúpa nefnilega sjálfir hvort þeir hafi að geyma fljótandi vatn.
1. Rásandi farartæki
Braut geimfars um hnött er ekki fullkomlega hringlaga þar sem breytingar í þyngdarsviði verka á hraða faratækis og braut. Út frá þessum litlu ójöfnum geta stjarnvísindamenn reiknað út úr hvaða efnum hnötturinn er samsettur og meðal annars séð hvort hann hafi innihaldsefni vatns.
2. Hægfara nifteindir
Þegar geimgeislun skellur á yfirborði hnattar myndast aragrúi einda, þar með taldar nifteindir. Þar sem vetni hægir á nifteindum geta stjarnvísindamenn afhjúpað vetni – og kannski vatn niður á 10 metra dýpi – með því að mæla hraða nifteinda sem skjótast frá yfirborðinu.
3. Sveiflukennt hitastig
Hitastigið á yfirborði hnattar getur afhjúpað hvort hann geymi fljótandi vatn. Ef tiltekið svæði geymir vatn mun yfirborð þess hitna og kólna hægar en svæði án vatns. Stjarnvísindamenn geta mælt yfirborðshitann með innrauðri myndavél.
4. Sveigjanlegir hnettir
Reynist hnöttur vera sveigjanlegur og breytir um form bendir það til fljótandi vatns þar sem það skiptir auðveldar um form en fastur kjarni. Svokölluð lovetala sýnir hversu sveigjanlegur hnöttur er og er fundin með því að rannsaka hnöttinn og skrásetja hliðrun á t.d. fjallstindum. Reynist tölurnar nægjanlega stórar gæti hnötturinn geymt haf.
5. Flóknir útreikningar
Tölvulíkön geta afhjúpað hvort vatn hnattar er fljótandi eða frosið. Í ljósi yfirborðshitastigs hnattarins, stærðar hans og þyngdarverkun frá öðrum hnöttum og togs á yfirborðinu geta stjarnvísindamenn búið til tölvulíkan sem sýnir vatnsinnihaldið yfir tíma.
6. Efnasamsetning goshvera
Gríðarstórir gufustrókar sem sleppur út í gegnum þykkar íshellur er gott merki um fljótandi vatn. Stjarnfræðingar rannsaka hvort goshverirnir geymi vatn með því að leita eftir leifum af vetni og súrefni. Hægt er að greina þessi efni á útfjólubláum myndum frá sjónauka.
7. Breytilegt segulsvið
Ytra segulsvið hnattar getur skapað gagnstætt segulsvið í vatni. Sýni tungl merki um segulsvið sem hefur gagnstæða stefnu miðað við þá plánetu sem tunglið hringar gæti leynst haf undir yfirborði tunglsins.
Um 15 mánaða skeið rannsakaði geimsjónauki Evrópu meðan tunglið gekk fram fyrir Júpíter. Með þessum hætti gat sjónaukinn myndað tunglið með upplýstan bakgrunn frá Júpíter.
Myndin afhjúpaði nokkrar ójöfnur meðfram yfirborði Evrópu sem með jöfnu millibili skyggðu á ljós Júpíters. Og stjarnfræðingar töldu þessar ójöfnur vera 200 kílómetra háa gufustróka. Þeir myndast þegar fljótandi vatn þrýstist upp í gegnum sprungur í ísnum og gufa upp þegar þær mæta tómarúminu.
Evrópa á í ákaflega stormasömu sambandi við Júpíter og lýtur algerlega ægivaldi hans. Júpíter er stærsta pláneta sólkerfisins og vegur 318 sinnum meira en Jörðin. Þessi gríðarlegi massi Júpíters þýðir að reikistjarnan togar ægilega í tunglið.
Þessu mætti líkja við kirsuber sem er kramið milli tveggja fingra. Steininn í miðju kirsubersins samsvarar hörðum kjarna Evrópu og kjötið er vatnið meðan hýðið er íshellurnar. Þegar fingurnir kreista berið saman rofnar hýðið þannig að safinn úr iðrum bersins brýst út.
Þetta er það sem sérfræðingar telja að eigi sér stað þegar gosstrókarnir skjótast fleiri hundruð kílómetra út í geim. Ferli þetta losar um svo mikla orku í Evrópu að vatnið sem ætti að vera gaddfreðið, bráðnar og verður fljótandi á fáeinum kílómetrum undir efstu íshellunni.
Stjarnfræðingar hafa reiknað út að þyngdaráhrif Júpíters á Evrópu séu svo mikið að munur sjávarfalla undir íshellunum séu einhverjir 200 metrar frá fjöru til flóðs. Og þetta er einungis mögulegt ef það er vökvi – en ekki ís – undir íshellu Evrópu.
Tungl ber tvöfalt meira vatn en Jörðin
Stjarnvísindamenn hafa árið 2016 fundið sannfærandi merki þess að undir íshellunum á tunglinu Evrópu, sem hringar Júpíter, sé að finna gríðarlegt haf með fljótandi vatni.
Allt að 200 km háir gufustrókar sem brjótast í gegnum ísinn á Evrópu fá goshveri á Íslandi til að blikna í samanburði.
1. Rannsóknin
Hubble sjónaukinn hefur í 15 mánuði tekið útfjólubláar myndir af Evrópu þegar hún gekk fram fyrir Júpíter með hjálp mælitækisins Imaging Spectrograph.
2. Uppgötvunin
Á þremur af útfjólubláu myndunum sáu sérfræðingar nokkuð sem þeir telja vera stróka af vatnsgufu. Hluti vatnsgufunnar verður að ís og fellur niður á yfirborð tunglsins.
3. Niðurstaðan
Ef gufustrókar finnast á Evrópu hlýtur vatnið að koma einhversstaðar frá. Sérfræðingar telja uppsprettuna vera risavaxið haf undir íshellunum á Evrópu. Samkvæmt útreikningum þeirra inniheldur hafið um helmingi meira vatn en höfin á Jörðu. Íshellurnar á tunglinu eru taldar vera allt að 25 km þykkar og hafið allt að 150 km djúpt.
Fundurinn á goshverum Evrópu staðfestir sambærilega rannsókn frá 2012. Haldbetri vísbendingar um að tunglið hafi að geyma neðanjarðarhaf boðar góð tíðindi fyrir stjarnvísindamenn. Uppgötvunin þýðir nefnilega að róbótakönnunarfar þarf ekki að bora sig í gegnum íshellur Evrópu þegar vísindamenn vilja ganga úr skugga um hvort vatn finnist þar. Þess í stað getur geimfar einungis flogið mörgum sinnum yfir gosstrókanna og mælt þaðan hvort að þeir innihalda vatn.
Marsjörð er skraufaþurr
Stjarnfræðingar leita ekki einungis eftir vatni lengst úti í sólkerfinu, heldur beina þeir sjónum sínum einnig að nágrannaplánetu okkar, Mars. En þar eru niðurstöðurnar ekki jafn upplífgandi.
Stjarnfræðingar telja að Mars hafi verið álíka vot pláneta og Jörðin fyrir einhverjum fjórum milljörðum ára. En segulsvið plánetunnar sem ver gegn geislum sólar – svonefndum sólvindum – er langtum veikara en segulsvið Jarðar og því hefur lofthjúpur Mars þynnst verulega.
MAVIN – könnunarfar NASA afhjúpaði árið 2015 að stöðugt sprengjuregn öreinda frá sólvindinum fjarlægi um 100 grömm af gasi úr lofthjúpnum á hverri sekúndu. Mars er því ófær um að halda í sitt fljótandi vatn og núna er vatn þar einungis að finna í formi íss neðanjarðar.
Á næstu árum hafa bæði NASA og Geimferðastofnun Evrópu, ESA, áform um að senda nýja kanna til Júpíters til að rannsaka þessi ísilögðu tungl nánar.
Haustið 2015 gat NASA tilkynnt að vísindamenn höfðu fundið leifar saltvatns sem rennur niður hliðar gíga á Mars yfir sumartímann. Ummerki þessi samanstanda af löngum, dökkum rákum sem birtast í gígunum yfir sumarið og hverfa um vetur.
En síðari rannsóknir, gerðar af Mars Odessey – könnunarfarinu, hafa sýnt að rákir þessar innihaldi í mesta lagi 3% vatn – það sama eins og í eyðimörk á Jörðu. Í versta falli er ekkert vatn að finna þar, heldur einungis salt sem nælir í fáeinar vatnssameindir úr lofthjúpnum.
Sé sú raunin þurfa stjarnfræðingar að leita eftir skýringu sem gerir grein fyrir því hvers vegna rákir þessar koma og fara. Þar gæti jeppi eins og Curiosity, sem núna ekur um á Mars, hjálpað. NASA íhugar því hvort aka ætti jeppanum til þessara svæða og taka þar jarðsýni.
Plútó vekur furðu
Árið 2016 kom einnig fræðimönnum mikið á óvart í öðrum efnum. Dvergplánetan Plútó, sem er að finna handan við fjarlægustu reikistjörnu sólkerfisins, Neptúnus, gæti geymt haf. Vatnið er við það að frjósa og verða að ís, en gæti enn verið fljótandi.
Leitin að vatni stefnir til Júpíters og Satúrnusar.
Á næstu árum halda geimför til tveggja risa sólkerfisins þar sem þau munu fljúga fram hjá sérvöldum tunglum og skila nýjum gögnum um fljótandi vatn. En í framtíðinni er metnaðurinn enn meiri. Þá eiga kafbátar að kafa niður í neðanjarðarhöfin og finna ummerki lífs.
NASA – kanni þreifar 45 sinnum á Evrópu
Ægileg geislunarbelti ógna geimförum sem sækja heim nágrenni Júpíters. Þegar NASA sendir farartæki til Evrópu til að rannsaka tunglið, þarf farartækið að fylgja braut um Júpíter þar sem það verður aðeins í stutta stund fyrir geislun frá gasrisanum.
Kafbátur rannsakar höf Títans
Stærsta tungl Satúrnusar, Títan, getur státað af fljótandi hafi á yfirborðinu en það samanstendur af fljótandi metani. NASA hyggst kanna höfin til botns með sjálfstýrandi kafbáti, Titan Submarine, sem á að sigla meðfram ströndum og kafa niður í norðurhafið, Kraken Mare.
Kanni heimsækir þrjú tungl
Þegar hið evrópska JUICE – könnunarfar (Jupiter Icy Moons Explorer) yfirgefur Jörðina árið 2023 eru áfangastaðirnir tunglin Ganýmedes, Kallistó og Evrópa, sem öll eru á braut um Júpíter. Þessi þrjú tungl kunna að hafa réttu skilyrðin fyrir bæði fljótandi vatn og líf.
Myndir, teknar af geimfarinu New Horizons árið 2015, sýna að Plútó hefur eins konar flekahreyfingar sem sýna að hnötturinn hefur þanist út. Þessi útþensla gæti stafað af hafi sem er að frjósa þar sem vatn þenst jú út þegar það frýs. Í ljósi þessara nýju athuganna hefur teymi vísindamanna frá Brown University í BNA getað uppfært líkanið fyrir þróun hitastigs á Plútó.
Væri hafið nú þegar gegnumfrosið myndi það – vegna þess mikla þrýstings og lágs hita í iðrum Plútós – tiltölulega fljótt breytast í sérstaka gerð af þéttpökkuðum ís. Það myndi leiða til samþjöppunar fyrir dvergplánetuna en vísindamenn sjá engin merki um slíkt á yfirborði hennar. Því telja sérfræðingarnir að vatnið undir íshellunni geti verið fljótandi.
Leit geimferðastofnanna eftir fljótandi vatni stöðvast þó alls ekki með Plútó. Upp úr 2020 hafa bæði NASA og evrópska geimferðastofnunin ESA ráðagerðir um að senda ný farartæki til Júpíters til að rannsaka ístunglin þar nánar.
Til lengri tíma litið nægja ekki varfærnislegar flugferðir yfir staðnum. Þess í stað eiga geimför að lenda á yfirborði hnattanna. Það gerir miklar kröfur til mælitækja sem þurfa að virka í geislun sem er nægjanleg til að valda skammhlaupi í þessum dýra búnaði. En eigi að rannsaka neðanjarðarhöfin fyrir alvöru þurfa geimverkfræðingar að hugsa upp aðferðir svo hægt sé að koma ómönnuðum kafbátum niður í höfin. Þá gætu vísindamennirnir gengið úr skugga um hvort að fljótandi vatnið hafi að geyma lifandi verur.
