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Acqua e ghiaccio su Europa

di Simonetta Ercoli

 

 

[…] Ma quello che eccede tutte le meraviglie, ho ritrovati quattro pianeti di nuovo, e osservati i loro movimenti propri e particolari, differenti fra loro e da tutti gli altri movimenti delle stelle, e questi nuovi pianeti si muovono intorno ad un’altra stella molto grande, non altrimenti che si muovino Venere e Mercurio, e per avventura li altri pianeti conosciuti intorno al Sole. […]

 

Iniziò così la storia di Europa, la sera del lontano 7 gennaio 1610 quando, insieme ad Io, Ganimede e Callisto, fu scoperta da Galileo Galilei. È la più piccola delle quattro lune medicee di Giove, da cui dista 671 mila chilometri ed intorno al quale svolge un periodo di rivoluzione di 3 giorni e 13 ore. Il suo moto è sincrono con quello del pianeta e pertanto mostra ad esso sempre lo stesso emisfero.

 

È anche uno dei satelliti più massicci dell'intero sistema solare con il suo diametro massimo di 3120 km e una densità media di 3,3 kg/cm3.

 

La sua superficie è relativamente piatta e ricoperta da uno strato di ghiaccio, riguardo al cui spessore la discussione è ancora aperta. La suggestiva ipotesi dell’esistenza su Europa di un oceano di circa 100 chilometri di profondità, cioè un vasto corpo che può contenere due o tre volte il volume di tutta l'acqua liquida sulla Terra, ha affascinato da subito gli scienziati e stimolato numerose ricerche, finalizzate alla valutazione dell’esistenza di un possibile ambiente adatto alla vita e contemporaneamente anche alla individuazione di aree funzionali ad un sbarco futuro. Ovviamente, per confermare questo, è necessario raggiungere una conoscenza approfondita riguardo alla composizione chimica dell’oceano di Europa e alla presenza dell’energia necessaria all’attivazione dei cicli chimici peculiari della vita, quale noi la conosciamo.

 

Per valutare la composizione chimica di questo immenso corpo liquido non sono risultate più sufficienti le informazioni fornite dai vari strumenti della sonda Galileo (in orbita dal 18 ottobre 1989), quali il NIMS (Near-Infrared Mapping Spectrometer che valuta le lunghezze d’onda da 0,7 a 5,2 micrometri). Per questo motivo due scienziati, Mike Brown (Caltech-California Institute of Technology, Pasadina)e Kevin Hand (JPL- Jet Propulsion Laboratory, NASA)si sono appoggiati ai dati raccolti dallo strumento Keck di Mauna Kea, utilizzando ottiche adattive e analisi spettrografiche effettuate con OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph). Questo spettrografo nel vicino infrarosso prende spettri in un piccolo campo di vista e consente di ignorare le lunghezze d'onda di disturbo, causate nell'atmosfera terrestre dalle emissioni da OH- (ossidrile), permettendo così l'individuazione di oggetti 10 volte più deboli di quanto lo fossero in precedenza. Le analisi hanno portato alla scoperta della presenza sulla superficie di un solfato di sale di magnesio, chiamato epsomite, fatto che poteva deporre a favore di uno scambio di materiali tra l’oceano sottostante e la superficie stessa e che doveva essere ulteriormente approfondito. In merito a questo, un dato importante da evidenziare è che c’è una marcata differenza nei materiali che compongono l'emisfero di Europa rivolto verso Giove e quello nascosto: il primo ha una colorazione gialla, mentre l’altro è striato di materiale rosso. L’ipotesi più accreditata sulla spiegazione di tale differenza è la presenza della luna Io, la più vicina al pianeta, che produce con la sua intensa attività vulcanica grandi quantità di zolfo, parte del quale si accumulerebbe proprio sulla superficie di Europa, maggiormente nell’emisfero nascosto, insieme a ghiaccio non di acqua. Le analisi spettrografiche, condotte da Brown e Hand sui materiali, hanno messo in evidenza che entrambi gli emisferi contengono quantità significative di ghiaccio non di acqua e che è presente solfato di magnesio solo sull'emisfero nascosto. Questo dato, pertanto, ha portato i ricercatori a concludere che tale composto non possa provenire dall’oceano, ma da un altro precursore minerale del magnesio (probabilmente cloruro di magnesio), distribuito ovunque sul satellite. Questa ipotesi concorda con altre analisi fatte da Brown sull’atmosfera di Europa, dalle quali risulta che questa è costituita da sodio e potassio, i cloruri dei quali, pertanto, dovrebbero essere i sali prevalenti sulla superficie di Europa. In conclusione la composizione dell’oceano di Europa non è molto diversa da quella degli oceani della Terra!

 

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Immagine 1: Sulla base di nuove prove gli astronomi ipotizzano che sali di cloruro sgorgano dall’oceano liquido profondo della luna ghiacciata di Giove, Europa, e raggiungono la superficie dove vengono bombardati dallo zolfo emesso dai vulcani della luna più interna del pianeta, Io. Le nuove scoperte danno risposte alle domande che sono state dibattute fin dai tempi delle missioni Voyager e Galileo della NASA. Illustrazione artistica di Europa (in primo piano), Giove (a destra) e Io (al centro). Credit: NASA / JPL.

 

 

Altro dato interessante riguardo alla chimica dell’oceano di Europa è la presenza di perossido d’idrogeno (insomma… acqua ossigenata, ma 20 volte più diluita di quella in vendita nelle nostre farmacie!). Questo composto al di sotto della crosta ghiacciata potrebbe trasformarsi in ossigeno, creando un rimescolamento dei materiali tra superficie e profondità, e presentarsi così come una sorgente di energia utile per eventuali forme di vita. Comunque anche questo composto non è distribuito in modo uniforme: la concentrazione maggiore (0,12% rispetto all’acqua) si trova sul lato rivolto verso Giove, mentre sull’emisfero opposto si abbassa fino a raggiungere quasi lo zero. E, inoltre, appare più concentrato nelle zone in cui il ghiaccio è fatto quasi esclusivamente di acqua. Queste ultime ricerche rimodulano quanto proposto ad una prima lettura dei dati rilevati dallo strumento NIMS, i quali lasciavano ipotizzare una quantità uniforme di perossido all'interno dello strato ghiacciato con un tasso di concentrazione pari allo 0,13%, concentrazione presente in realtà solo nelle regioni più ricche di ghiaccio di acqua. I ricercatori comunque concordano sull’importanza di un approfondimento riguardo alla presenza e alle trasformazioni del perossido d’idrogeno su Europa, per confermare o meno la possibilità di un ambiente favorevole alla vita. La ricerca, però, si presenta difficoltosa perché le regioni polari del satellite, ricche di ghiaccio, non sono facilmente osservabili.

 

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Immagine 2: Questa immagine mostra Europa in colore naturale (a sinistra) e in colore migliorato per esaltare le differenze della superficie (a destra). La parte luminosa bianca e bluastra è composto principalmente di ghiaccio d'acqua, con pochissima quantità di altri materiali non di ghiaccio. In contrasto, le regioni brunastre screziate sul lato destro dell'immagine possono essere coperte da sali idrati e da un composto rossa non conosciuto. Anche il materiale giallastro screziato sul lato sinistro è un componente sconosciuta. Le linee scure disseminate sulla superficie sono fratture della crosta, alcune delle quali lunghe più di 3000 chilometri. Credit: JPL.

 

 

Lo studio della presenza di composti dello zolfo, che appaiono più abbondanti sull’emisfero di Europa opposto a Giove, è risultato interessante per comprendere quali siano le aree più utili ad un futuro atterraggio di sonde. Brad Dalton e i suoi colleghi del JPL hanno concentrato il loro lavoro di ricerca sulle particelle cariche che colpiscono la superficie di Europa, per individuare i luoghi di minor impatto, al di sotto dei quali l’oceano dovrebbe presentare una modifica minore della sua composizione originale ad opera di elettroni e ioni in entrata. Il team di ricercatori ha analizzato gli spettri, raccolti dal NIMS di Galileo, dell’acido solforico idrato e dei sali di solfato idrato, che possono essere distinti da quelli del ghiaccio d'acqua. Il risultato è stato che l'acido solforico varia da livelli non rilevabili vicino al centro dell'emisfero esposto verso Giove fino a quantità pari a più della metà dei materiali sulla superficie vicino al centro dell'emisfero opposto. La quantità di elettroni e ioni di zolfo che colpisce la superficie presenta una stretta correlazione con questo risultato. Pertanto, è più probabile che il materiale oceanico in condizioni più simili alla composizione originaria si trovi nel lato esposto di Europa e possa essere presente anche intrappolato nella crosta ghiacciata sovrastante.

 

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Immagine 3: Questa grafica mette in relazione la quantità di energia depositata su Europa dal bombardamento di particelle cariche e il contenuto chimico di depositi di ghiaccio sulla superficie, distribuita in cinque aree (da A ad E). Ioni ed elettroni legati al potente campo magnetico di Giove colpiscono Europa abbondantemente. Il campo magnetico viaggia intorno a Giove con velocità superiore di quella con cui Europa orbita attorno al pianeta. La maggior parte delle particelle energetiche colpiscono Europa nell’emisfero opposto alla direzione di orbita. L’emisfero rivolto nella direzione di marcia, invece, riceve meno particelle cariche. Credit: NASA / JPL-Caltech / Univ. di Ariz. / JHUAPL / Univ. di Colo.

 

 

Ovviamente il modo migliore per avere informazioni utili sarebbe arrivare direttamente sulla superfice di Europa! Essa appare relativamente piatta e l’assenza di crateri di impatto potrebbe significare che si sia consolidata in tempi relativamente recenti. La superficie è anche attraversata da striature più scure, dovute probabilmente ad impatti di meteoriti, che hanno causato lo scioglimento del ghiaccio, permettendo all’acqua di scorrere prima di congelare nuovamente.

 

Potrebbe essere possibile che vicino a queste linee ci siano biomarcatori che hanno raggiunto la superficie dall'oceano sottostante spinti attraverso le fratture: proprio in questi punti si sono trovati scambi di materiale tra la superficie, il guscio ghiacciato e l'oceano.

 

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Immagine 4: composizione di immagini ad alta risoluzione di una veduta da polo a polo di Europa con il lato rivolto verso Giove a sinistra (ovest) e la parte lontana da Giove a destra (est). Oltre al linee, si notano altre strutture interessanti, le lenticule (piccole macchie), il “caos” (area densa di diversi tipi di strutture), macule (grandi macchie) e nel sud la fascia luminosa nota come Linea di Agenore. Il mosaico è stato costruito a partire da singole immagini ottenute con il sistema SSI (imaging a stato solido) della sonda Galileo della NASA durante sei passaggi ravvicinati ad Europa tra il 1996 e il 1999. Credit: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona.

 

 

Oltre allo spessore sottile della crosta ghiacciata è necessario possedere altri dati per scegliere le tecnologie necessarie per arrivare su Europa e individuare i possibili luoghi di sbarco, quali le aree di bassa albedo, le zone giovani poco alterate dalle radiazioni, la mappatura della superficie con immagini ad alta risoluzione. Robert Pappalardo (Senior Research Scientist, JPL), analizzando le mappe ottenute dalla composizione delle immagini fornite dalla sonda Galileo, ha individuato quali aree rispondenti alla maggior parte di tali requisiti quelle rappresentate nella mappa sottostante.

 

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Immagine 5: In alto mappa generale: luoghi di sbarco candidati su Europa indicati da cerchi rossi sulle la mappa globale; i contorni blu mostrano intensità di radiazione sulla superficie di Europa, con evidenza dell'estensione geografica su cui gli elettroni di una data energia influenzano la superficie e quanto penetrano in profondità (escludendo gli effetti delle particelle secondarie). In basso: immagini su scala regionale. A sinistra: pianure scure associate con il caos nella regione E25 Galileo. Centro: I terreni caos Thera e Tracia Maculae. A destra: scuro terreno caotico nella Galileo E17 mosaico regionale. Ogni sito candidato soddisfa i criteri di bassa albedo, materiale giovane che sembra provenire dal sottosuolo ed è al di fuori delle regioni di radiazioni più intense sul satellite. Credit: Pappalardo et al. (Citazione completa sotto).

 

 

Attualmente, diversi ricercatori, tra i quali Robert Pappalardo e il planetologo Philip Horzempa, sono impegnati nel progetto che si occupa della missione Europa Clipper, che prevede la realizzazione di una sonda da porre in orbita intorno Giove nel 2021 e che, nel corso di due anni e mezzo, dovrebbe compiere 32 passaggi ravvicinati a Europa (il più vicino a 25 chilometri). Questa missione potrebbe configurarsi come il precursore di una futura sonda in atterraggio sul satellite gioviano. Budget permettendo!

 

 

 

Bibliografia

Galileo Galilei, Lettere, Lettera a B. Vista, 30 genn 1610.

Brown and Hand, “Salts and radiation products on the surface of Europa,” in press at the Astrophysical Journal;

Mike Brown e Kevin Hand, "Keck II Osservazioni del Differenze emisferica H2O2 su Europa," Astrophysical Journal Letters, 766 (2013);

Dalton et al., “Exogenic controls on sulfuric acid hydrate production at the surface of Europa,” Planetary and Space Science, Volume 77 (March 2013), pp. 45–63 ;

Pappalardo et al., “Science Potential from a Europa Lander,” published online by Astrobiology August 7, 2013;

http://www.centauri-dreams.org/?p=26749

  1. Dentro l’oceano di Europa, Paul Gilster il 6 Marzo 2013
  2. La chimica dell’Oceano di Europa, Paul Gilster il 9 aprile 2013
  3. Europa: Solfati e luoghi di sbarco, Paul Gilster il 15 Aprile 2013
  4. Siti di discesa su Europa, Paul Gilster il 9 Agosto 2013
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