Dekade prije nego što ijedna sonda zaroni u vode udaljenih oceanskih svjetova te izmjeri njihovu temperaturu, astrobiolozi s Cornella osmislili su inovativan način za određivanje temperature oceana temeljem debljine njihovih ledenih omotača, omogućujući tako oceanografiju iz svemira.

Podaci koji su već dostupni i koji pokazuju varijacije u debljini leda omogućuju predviđanje temperature gornjeg sloja oceana na Enceladusu, mjesecu Saturna. Planirana orbitalna istraživanja ledenog omotača Europe od strane NASA-inog zadatka trebala bi učiniti isto za znatno veći mjesec Jupitera, unaprijediti nalaze misije o mogućoj podršci za život.

Znanstvenici predlažu da proces poznat kao "pumpanje leda", koje su promatrali ispod antarktičkih ledenih polica, vjerojatno oblikuje donje dijelove ledenih omotača Europa i Enceladusa, ali bi trebao djelovati i na Ganymedu i Titanu, velikim mjesecima Jupitera i Saturna. Pokazuju da se rasponi temperature gdje se led i ocean dodiruju – važne regije za razmjenu sastojaka potrebnih za život – mogu izračunati temeljem nagiba ledenog omotača i promjena u točki smrzavanja vode pri različitim tlakovima i slanostima.

"Ako možemo izmjeriti varijaciju debljine kroz te ledeni omotače, tada smo u mogućnosti dobiti ograničenja temperature oceana, što je zapravo jedini način da to učinimo bez bušenja u njih," izjavila je Britney Schmidt, izvanredna profesorica astronomije i znanosti o Zemlji i atmosferi na Fakultetu umjetnosti i znanosti te Cornell Engineering. "Ovo nam daje još jedan alat za pokušaj razumijevanja kako ti oceani funkcioniraju. I veliko pitanje je, postoji li život tamo, ili bi mogao?"

Uz trenutne i bivše članove svog Laboratorija za habitabilnost planeta i tehnologiju, Schmidt, koja je članica znanstvenog tima NASA-e za Europa Clipper, suautorica je rada "Interakcije između leda i oceana na svjetovima oceana utječu na topografiju ledenog omotača", objavljenog 13. veljače u Journal of Geophysical Research: Planets. Prvi autor je Justin Lawrence, posjetiteljski znanstvenik u Cornell Centru za astrofiziku i planetarnu znanost (A&S) i programski menadžer u Honeybee Robotics.

U 2019., koristeći daljinski upravljani robot Icefin, tim Schmidt, uključujući Lawrencea, promatrao je pumpanje leda unutar pukotine ispod Ross Ice Shelfa u Antarktici. Glatki i zamagljeni meteoritski led na bazi police otopio se, proizvodeći svježu, manje gustu vodu koja se uzdizala kroz pukotinu i ponovno zamrzavala kao grub, zeleni morski led. Rezultati su objavljeni u Nature Geoscience i Science Advances, u radovima koje vodi Lawrence i Peter Washam, znanstvenik istraživač u Odjelu za astronomiju (A&S).

Proces je potaknut činjenicom da točka smrzavanja vode negativno ovisi o tlaku: s povećanjem dubine i tlaka, voda mora biti hladnija kako bi se proširila i zaledila. Duboko dolje, gdje je tlak veći i točka smrzavanja hladnija, oceanske struje mogu lakše otopiti led. Ako je otopljena vodena masa leda lakša i teži prema plićim dubinama i nižem tlaku, ponovno će se zalediti. Ciklus redistribuira dio leda unutar police ili omotača, mijenjajući njegov sastav i teksturu.

"Posvuda gdje imate te dinamike, očekivali biste da će doći do pumpanja leda," rekao je Lawrence. "Možete predvidjeti što se događa na sučelju leda i oceana temeljem topografije – gdje je led debeo ili tanak i gdje se ledi ili otapa."

Istraživači su kartirali raspon potencijalne debljine omotača, tlaka i slanosti za svjetove oceana s različitom gravitacijom i zaključili da bi pumpanje leda trebalo nastati u najvjerojatnijim scenarijima, iako ne u svima. Otkrili su da bi interakcije leda i oceana na Europi mogle biti slične onima zabilježenima ispod Ross Ice Shelfa – dokaz, rekao je Lawrence, da bi takve regije mogle biti neke od najzemaljskijih na vanzemaljskim svjetovima.

NASA-ina sonda Cassini generirala je podatke dovoljne za predviđanje raspona temperature oceana Enceladusa, temeljeno na nagibu njegovog ledenog omotača od polova prema ekvatoru: od minus 1.095 do minus 1.272 stupnjeva Celzijusa. Poznavanje temperatura doprinosi razumijevanju toka topline kroz oceane i načina na koji cirkuliraju, utječući na habitabilnost.

Istraživači očekuju da će pumpanje leda na Enceladusu, malom mjesecu (širine Arizone) s dramatičnom topografijom, biti slabo, dok na većoj Europi – gotovo veličine Mjeseca Zemlje – predviđaju da djeluje brzo kako bi izgladilo i spljoštilo bazu ledenog omotača.

Schmidt je rekla da rad pokazuje kako istraživanje klimatskih promjena na Zemlji može također koristiti planetarnoj znanosti, razlog zašto je NASA podržala razvoj Icefina.

"Postoji veza između oblika ledenog omotača i temperature u oceanu," rekla je Schmidt. "Ovo je novi način da dobijemo više uvida iz mjerenja ledenog omotača za koje se nadamo da ćemo ih moći dobiti za Europu i druge svjetove."

Uz Lawrencea, Schmidta i Washama, suautori istraživanja su Jacob Buffo, znanstveni istraživač na Dartmouth Collegeu; Chase Chivers, postdoktorski istraživač u Woods Hole Oceanographic Institution; i Sara Miller, doktorandica na polju znanosti o Zemlji i atmosferi.

Istraživanje je podržano programima NASA-e Future Investigators in NASA Earth and Space Science and Technology (FINESST) i Planetary Science and Technology from Analog Research (PSTAR), te Nacionalnom zakladom za znanost.

Izvor: Cornell University