Decenni prima che qualsiasi sonda immerga un dito del piede (e un termometro) nelle acque di lontani mondi oceanici, gli astrobiologi della Cornell hanno ideato un nuovo modo per determinare le temperature degli oceani in base allo spessore dei loro gusci di ghiaccio, conducendo efficacemente l'oceanografia dallo spazio.
I dati disponibili che mostrano la variazione dello spessore del ghiaccio consentono già una previsione per l'oceano superiore di Encelado, una luna di Saturno, e l'indagine orbitale pianificata da una missione della NASA del guscio di ghiaccio di Europa dovrebbe fare lo stesso per la luna gioviana molto più grande, migliorando i risultati della missione sulla se potrebbe sostenere la vita.
I ricercatori propongono che un processo chiamato “pompaggio del ghiaccio”, che hanno osservato sotto le piattaforme di ghiaccio antartiche, probabilmente modella la parte inferiore dei gusci di ghiaccio di Europa ed Encelado, ma dovrebbe funzionare anche su Ganimede e Titano, grandi lune di Giove e Saturno, rispettivamente. .
Mostrano che gli intervalli di temperatura in cui il ghiaccio e l'oceano interagiscono, regioni importanti in cui possono essere scambiati gli ingredienti per la vita, possono essere calcolati in base alla pendenza di un guscio di ghiaccio e ai cambiamenti nel punto di congelamento dell'acqua a diverse pressioni e salinità.
"Se riusciamo a misurare la variazione di spessore attraverso questi gusci di ghiaccio, allora saremo in grado di ottenere dei limiti di temperatura sugli oceani, cosa che non c'è ancora altro modo per farlo senza perforarli", ha affermato Britney Schmidt, professore associato di astronomia e astronomia. di Scienze della Terra e dell'atmosfera presso il College of Arts and Sciences e Cornell Engineering. "Questo ci fornisce un altro strumento per cercare di capire come funzionano questi oceani. E la grande domanda è:ci sono esseri che vivono lì o potrebbero farlo?"
Con gli attuali ed ex membri del suo Planetary Habitability and Technology Lab, Schmidt, che è membro del team scientifico Europa Clipper della NASA, è coautore di "Interazioni ghiaccio-oceano sull'influenza dei mondi oceanici sulla topografia delle conchiglie di ghiaccio", pubblicato nel Giornale di ricerca geofisica:pianeti . Il primo autore è Justin Lawrence, visiting fellow presso il Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (A&S) e program manager presso Honeybee Robotics.
Nel 2019, utilizzando il robot Icefin gestito a distanza, il team di Schmidt, incluso Lawrence, ha osservato il pompaggio del ghiaccio all'interno di un crepaccio sotto la piattaforma di ghiaccio di Ross in Antartide. Il ghiaccio meteorico liscio e torbido alla base della piattaforma si sciolse, producendo acqua più fresca e meno densa che risaliva il crepaccio e si ricongelava come ghiaccio marino verde e ruvido. I risultati sono stati riportati in Nature Geoscience e Progressi scientifici , in articoli condotti da Lawrence e Peter Washam, ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia (A&S).
Il processo è guidato dal fatto che il punto di congelamento dell'acqua dipende negativamente dalla pressione:all'aumentare della profondità e della pressione, l'acqua deve essere più fredda per espandersi e congelarsi. In profondità, dove la pressione è maggiore e il punto di congelamento è più freddo, le correnti oceaniche possono sciogliere il ghiaccio più facilmente. Se l’acqua ghiacciata sciolta è galleggiante e risale a profondità minori e a pressione inferiore, si congelerà nuovamente. Il ciclo ridistribuisce parte del ghiaccio all'interno di uno scaffale o di un guscio, modificandone la composizione e la consistenza.
"Ovunque ci siano queste dinamiche, ti aspetteresti di avere il pompaggio del ghiaccio", ha detto Lawrence. "Puoi prevedere cosa sta succedendo all'interfaccia ghiaccio-oceano in base alla topografia:dove il ghiaccio è spesso o sottile e dove si sta congelando o sciogliendo."
I ricercatori hanno mappato gli intervalli di potenziale spessore del guscio, pressione e salinità per i mondi oceanici con gravità variabile e hanno concluso che il pompaggio del ghiaccio si sarebbe verificato negli scenari più probabili, anche se non in tutti. Hanno scoperto che le interazioni ghiaccio-oceano su Europa potrebbero essere simili a quelle osservate sotto la piattaforma di ghiaccio di Ross, prova, ha detto Lawrence, che tali regioni potrebbero essere tra le più simili alla Terra sui mondi alieni.
La sonda Cassini della NASA ha generato dati sufficienti per prevedere un intervallo di temperatura per l'oceano di Encelado in base alla pendenza del suo guscio di ghiaccio dai poli all'equatore:da meno 1.095 gradi a meno 1.272 gradi Celsius. Conoscere le temperature aiuta a comprendere come il calore fluisce attraverso gli oceani e come circola, influenzando l'abitabilità.
I ricercatori si aspettano che il pompaggio del ghiaccio sia debole su Encelado, una piccola luna (larga quanto l’Arizona) con una topografia spettacolare, mentre su Europa più grande, quasi delle dimensioni della Luna terrestre, prevedono che agisca rapidamente per levigare e appiattire la base del guscio di ghiaccio.
Schmidt ha affermato che il lavoro dimostra come la ricerca che studia il cambiamento climatico sulla Terra possa anche apportare benefici alla scienza planetaria, motivo per cui la NASA ha sostenuto lo sviluppo di Icefin.
"C'è una connessione tra la forma del guscio di ghiaccio e la temperatura nell'oceano", ha detto Schmidt. "Questo è un nuovo modo per ottenere maggiori informazioni dalle misurazioni dei gusci di ghiaccio che speriamo di poter ottenere per Europa e altri mondi."
Ulteriori informazioni: J. D. Lawrence et al, Le interazioni ghiaccio-oceano sui mondi oceanici influenzano la topografia delle conchiglie di ghiaccio, Journal of Geophysical Research:Planets (2024). DOI:10.1029/2023JE008036
Informazioni sul giornale: Giornale di ricerca geofisica:pianeti , Geoscienza naturale , La scienza avanza
Fornito dalla Cornell University
