Wiemy, co Europa skrywa pod lodem. 13 lat skanów przyniosło owoce

Europa od lat jest jednym z najmocniejszych kandydatów w poszukiwaniu miejsc przyjaznych życiu poza Ziemią. Pod jej zamarzniętą powierzchnią może znajdować się ogromny ocean ciekłej wody. To nie znaczy, że odkryto tam życie, ani nawet że warunki na pewno są sprzyjające. Oznacza jednak, że mamy do czynienia ze światem, w którym przynajmniej część najważniejszych składników układanki może istnieć w jednym miejscu.

Największy problem polega na tym, że ocean Europy nie leży na widoku. Oddziela go od kosmosu warstwa lodu, a powierzchnia księżyca pokazuje tylko część historii. Pęknięcia, smugi, grzbiety i chaotyczne obszary mogą sugerować ruchy lodowej skorupy oraz kontakt z głębszymi warstwami, ale same zdjęcia nie powiedzą, co dzieje się kilometry niżej.

To właśnie dlatego badacze od lat testują radar jako jedno z głównych narzędzi do badania Europy. Fale radiowe mogą wnikać w lód i odbijać się od jego wewnętrznych struktur, dzięki czemu pozwalają sprawdzać, jak zbudowana jest lodowa skorupa. Nie oznacza to jednak, że radar pokaże ocean pod powierzchnią wprost. Odczytanie takich danych wymaga zrozumienia, jak sygnał jest rozpraszany i tłumiony przez sam lód. Im lepiej poznane są te procesy, tym większa szansa, że przyszłe pomiary pozwolą odróżnić cechy lodu od sygnałów pochodzących z głębszych warstw.

Nowa analiza przeprowadzona przez zespół badaczy z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i współpracujących instytucji opiera się na danych zbieranych w latach 2011-2024. Naukowcy wysyłali w stronę Europy fale radiowe o długości 3,5 cm, a następnie sprawdzali, jak wracają po odbiciu od lodowego księżyca. Oznacza to pomiar ekstremalnie słabego echa z obiektu krążącego wokół Jowisza, setki milionów kilometrów od Ziemi.

W badaniu wykorzystano układ bistatyczny. To pojęcie oznacza, że nadajnik i odbiornik nie muszą znajdować się w tym samym miejscu. Jeden instrument wysyła sygnał, a inny go odbiera. Dzięki temu można badać nie tylko siłę odbicia, lecz także to, jak zmienia się echo przy różnych geometriach obserwacji, czyli przy różnym ustawieniu nadajnika, Europy i odbiornika.

Najciekawsze jest to, że Europa okazała się dla radaru zaskakująco jasna. Nie chodzi oczywiście o światło widzialne, lecz o to, jak skutecznie odbija fale radiowe wysyłane z Ziemi. Naukowcy nazywają to albedo radarowym. Im wyższe, tym silniejsze echo wraca do odbiorników. W przypadku Europy jest ono wyjątkowo duże, zwłaszcza w porównaniu z większością skalistych obiektów w Układzie Słonecznym. To pierwszy sygnał, że pod lodową powierzchnią dzieje się coś bardziej interesującego niż zwykłe odbicie od twardego gruntu.

Gdy radar trafia na skalistą powierzchnię, to część sygnału może odbić się stosunkowo prosto, trochę jak światło od nierównego lustra. Na Europie dzieje się coś bardziej złożonego. Dane wskazują, że fale radiowe wnikają w lód, wielokrotnie odbijają się wewnątrz jego struktury i dopiero potem wracają w stronę teleskopów.

To zjawisko wiąże się z tzw. koherentnym wzmocnieniem wstecznego rozpraszania. Fala radiowa może przemieszczać się różnymi drogami przez czysty, porowaty lód, odbijając się od drobnych struktur. Część tych dróg wzmacnia sygnał wracający w kierunku, z którego przyszedł. Efekt jest taki, że Europa wygląda dla radaru wyjątkowo jasno.

Porowaty lód oznacza lód z drobnymi pustkami, pęknięciami lub niejednorodnościami. Czystość lodu też ma znaczenie, bo domieszki soli, pyłu czy innych substancji mogą zmieniać sposób pochłaniania i rozpraszania fal. Echo nie mówi tylko, że lód istnieje. Ono sugeruje, jaki może być jego charakter.

Przeczytaj także:

To jednak nie oznacza, że radar od razu zobaczy ocean. Z jednej strony takie rozpraszanie pomaga lepiej poznać budowę lodu, z drugiej może utrudniać zaglądanie głębiej. Jeśli fale radiowe zbyt długo krążą w lodowej skorupie i stopniowo tracą energię, sygnały pochodzące z większych głębokości mogą być po prostu słabsze i trudniejsze do zinterpretowania.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI