EUROPA

EUROPA
Indice:
1.
Introduzione



2.
Parametri


3.
5.
6.
7.
8.
9.
Dati orbitali
Dati fisici
Vita su Europa?





4.
I satelliti medicei
La scoperta di Europa
… Curiosità …
Atmosfera
Maree
Campo magnetico
Crateri da impatto
Struttura superficiale
Struttura interna
Vita nell’oceano di Europa?

Composizione chimica

Lago Vostok
E’ possibile la vita?
Esplorazioni
Conclusioni
Bibliografia
Nell’immagine: Giove con i due
satelliti Io (a sinistra) ed Europa
(a destra)
1. Introduzione
I satelliti medicei:
●
Rotazione sincrona
●
Tidally locked
●
●
Ghiaccio nella composizione
chimica in quantità via via
superiore
Formazione contemporanea a
quella del Sistema Solare per
la condensazione di materiale
in orbita intorno a Giove
●
Tra i satelliti di Giove, Europa sembra il più adatto ad
ospitare la vita; essa, infatti, potrebbe essere presente
nell'oceano situato al di sotto della sua crosta.
In figura a destra un'immagine “vera” di Europa, a sinistra una in
falsi colori
La scoperta di Europa:
●
●
Il primo ad osservare
Europa e gli altri satelliti
medicei è stato Galileo
Galilei il 7 Gennaio 1610.
Indipendentemente, nel
1614, anche il tedesco
Simon Marius individuò il
satellite gioviano.
I quattro satelliti di Giove
Io
Europa
Ganimede
Callisto
...Curiosità...
Il satellite “Europa” prende il suo nome da Europa, figlia di
Agenore, Re della città fenicia di Tiro, ora in Libano, e sorella
di Cadmo, fondatore di Tebe.
Il nome "Europa" fu suggerito da Marius poco dopo la sua
scoperta, ma tale denonominazione perse d'importanza per un
lungo periodo (come la persero i nomi degli altri satelliti
medicei), e non fu ripristinato nell'uso comune fino alla metà
del XX Secolo.
2. Parametri
Dati orbitali
Parametro Orbitale:
Valore:
Semiasse Maggiore [Km]:
671100
Perijovio [Km]:
664792
Apojovio [Km]:
677408
Periodo Orbitale [d]:
3.551
Velocità orbitale (min) [m/s]:
13613
Velocità orbitale (max) [m/s]:
13871
Velocità orbitale (media) [m/s]:
13741
Inclinazione (eclittica):
1.79°
Inclinazione (equatore Giove):
0.47°
Eccentricità:
0.0094
Dati fisici:
Parametro fisico:
Valore:
Raggio [Km]:
1561
Massa [Kg]:
48 x 1021
Densità media [g/cm3]:
3.01
Gravità superficiale [m/s2]:
1.31
Velocità di fuga [Km/s]:
2.025
Pressione atmosferica Pa
Albedo:
1
0.68
Temperatura superficiale (min) [K]:
50
Temperatura superficiale (max) [K]:
130
Temperatura superficiale (media) [K]:
103
3.
Vita su Europa?
Su Europa sono state osservate numerose peculiarità
che potrebbero far pensare ad un possibile sviluppo di
forme di vita.
Secondo alcune teorie, sotto la sua superficie ghiacciata
potrebbe trovarsi un oceano allo stato liquido,
probabilmente composto da acqua, che potrebbe essere
la culla di esseri viventi primordiali.
Vediamo quali caratteristiche di Europa lasciano dedurre
la presenza di un enorme oceano o di un ambiente
adatto ad ospitare forme di vita.
Atmosfera:
Osservazioni condotte a partire dal 1994 tramite lo
spettrografo di bordo del telescopio spaziale Hubble hanno
rivelato la presenza di una tenue atmosfera composta di
ossigeno.
A differenza dell'ossigeno presente nell'atmosfera terrestre,
quello di Europa non ha origine biologica. Si crede che si sia
formato dall'interazione della luce solare e di particelle
cariche con la superficie ghiacciata del satellite con la
conseguente produzione di vapore acqueo, che poi si
dissocia in ossigeno e idrogeno (quest'ultimo riesce a
sfuggire all'attrazione gravitazionale del satellite)
disperdendosi nello spazio.
Le maree:
Le rivoluzioni dei vari satelliti attorno a
Giove causano perturbazioni all’interno
degli stessi, generando onde di marea nei
materiali che li compongono e
sviluppando calore. Inoltre i tre satelliti
medicei più interni sono in risonanza
multipla tra loro: i periodi orbitali di Io,
Europa e Ganimede sono in rapporto di
1:2:4 e la relazione che lega i tre corpi è:
dove ω rappresenta la velocità angolare.
Tale risonanza, oltre a causare l’eccentricità forzata dei tre satelliti,
contribuisce ad aumentare il riscaldamento di Europa; tale aumento di
temperatura potrebbe essere sufficiente a far fondere il ghiaccio sotto
qualche decina di Km di profondità.
La temperatura:
La temperatura superficiale di Europa è più alta di quella
prevista teoricamente e questo perché il suo interno riceve
energia sia dal decadimento degli isotopi radioattivi di lunga
vita sia dal riscaldamento mareale, conseguenza dei
periodici cambiamenti di forma ad ogni rivoluzione che
generano attriti interni.
Inoltre, grazie al fotopolarimetro-radiometro della sonda
Galileo si è scoperto che anche di notte è almeno 5°
superiore alla temperatura che ci si aspetterebbe in assenza
di un'intensa sorgente endotermica.
Il campo magnetico:
Dal magnetometro della Galileo si è rilevato che Europa
presenta delle anomalie spiegabili con un significativo
campo magnetico.
Poiché tale campo potrebbe richiedere un asse magnetico
fortemente inclinato, l’ipotesi più accreditata è quella che
spiega le fluttuazioni con la presenza di uno strato di liquido
elettro-conduttore sotto la superficie ghiacciata, il quale
reagirebbe al campo di Giove con un vero e proprio
campo magnetico indotto.
Ciò sarebbe possibile, se il materiale conduttore fosse simile
all’acqua salata dei mari terrestri.
(dagli spettri della superficie è emerso che i sali potrebbero
contenere carbonati e solfati)
La superficie di Europa ha solo poco più di una dozzina di crateri
da impatto con un diametro superiore ai 10 Km; tra questi il più
grande è Pwill con un diametro di 26 Km (nell'immagine presa dal
testo di Gilmour e Sephton citato in bibliografia).
Il fatto che la superficie del satellite sia praticamente liscia è
spiegabile con un suo costante rimodellamento ad opera di un
oceano di acqua liquida.
Inoltre il basso numero di crateri implica una superficie
relativamente giovane: calcoli basati sul flusso di comete e di
asteroidi su Giove portano a credere che la superficie di Europa
debba avere circa 50 Myr.
I crateri da impatto:
Quattro diversi crateri da
impatto:
(partendo da in alto a
sinistra)
Pwyll
Cilix
Tyre
Mannann'an
Strutture superficiali:
La superficie di Europa è coperta
da una serie di striature scure,
“ridge” e “bands”, che la
attraversano totalmente,
incrociandosi tra di loro. Su ogni
lato della crosta, i bordi appaiono
mossi rispetto agli altri. La
larghezza delle bande può
raggiungere 20 km con bordi
leggermente scuri, striature
regolari, e una banda centrale di
materiale più chiaro che potrebbe
essere stato prodotto da una serie
di eruzioni vulcaniche di acqua o
geyser.
Sulla superficie sono anche presenti strutture come:
“domes”: blocchi di ghiaccio alti 100 m e con un diametro
di 10 Km che si sono formati a causa di anomalie termiche
in ambiente salato;
“ball of string”: bande arancioni che si crede siano il
risultato di eruzioni criovulcaniche.
“lenticulae”: macchie scure che si sono formate in seguito
alla risalita di ghiaccio più caldo nella crosta, fatta di
ghiaccio freddo, attraverso fenomeni vulcanici o idrotermali.
Sono simili alle camere magmatiche terrestri.
Particolare della superficie di
Europa
Le bande arancioni
nell'immagine sono un
esempio di “ball of
string”
In questa immagine, invece, si
ha un esempio di “lenticulae”
●
L'immagine mostra una delle
regioni del chaos, la Conamara
Chaos che si estende per 143,7
Km (il nome deriva dalla
regione gaelica della
Connemara).
Conamara Chaos è costituita da placche di ghiaccio di
origine recente disposte attorno a blocchi più antichi, orientati
in maniera disordinata.
La struttura geologica della regione è regolata da un
processo ciclico di fusione seguito o dal ricongelamento del
ghiaccio, o dal rimescolamento del ghiaccio meno freddo
proveniente dall'interno del satellite con la superficie gelida.
4.
La struttura interna
●
●
●
Nucleo metallico
(prevalentemente ferro,
anche se si ipotizza la
presenza di silicati)
Mantello di silicati e metalli
l'insieme di nucleo e
mantello si estende fino a
1420 Km dal centro)
Strato spesso di acqua
salata (circa 100 Km) con
una densità di 1 g/cm3
Sulla superficie più esterna sono presenti uno strato di
ghiaccio elastico e viscoso, in grado di stirarsi sotto l’azione
della marea, e uno di ghiaccio più freddo che viene
continuamente fratturato per formare grandi poligoni
galleggianti sugli strati sottostanti.
Supponendo che al di sotto della crosta ci sia acqua liquida e
che i poligoni stiano galleggiando in equilibrio, si è stimato
uno spessore degli stessi e quindi dello strato, di 0.5 - 2.2 km
(spessore che dipendente dalla differenza in densità tra i
poligoni e la matrice e quindi dai sali contenuti)
Topografia crosta di ghiaccio: la
riproduzione tridimensionale
della parte luminosa mostra
ghiaccio allo stato puro
A lato si possono osservare due
diversi modelli rappresentanti
gli interni di Europa:
Nel primo si può notare uno
strato convettivo di ghiaccio
relativamente caldo ed una
fragile superficie fredda
solidificata soprastante.
Nel secondo si distingue bene
l’oceano allo stato liquido
ricoperto da una crosta di
ghiaccio.
5.
●
●
Vita nell'oceano di Europa?
La fotosintesi è quasi impossibile, tuttavia è probabile
che gli effetti della radiazione sul ghiaccio e sull’acqua
liquida offrano l'instabilità chimica necessaria per
alimentare una biosfera e quindi per una eventuale
vita nell'oceano di Europa (vedi schema successivo).
Risorse di energia libera potrebbero essere limitate
per un oceano coperto da uno spesso strato di
ghiaccio. E' però possibile che l'attività idrotermale e/o
organica e ossidante favoriscano reazioni chimiche
sulla superficie di Europa che mescolandosi
nell’oceano stesso potrebbero fornire energia
all’ecosistema.
Immagine presa dall’articolo di Chyba e Hand, citato in bibliografia
Le particelle, urtando la superficie ghiacciata, potrebbero
innescare le reazioni chimiche necessarie per trasformare
le molecole d’acqua e di anidride carbonica in nuovi
composti organici.
Le radiazioni, invece, potrebbero produrre ossidanti liberi
(ossigeno e perossido di idrogeno), utilizzabili per
ossidare la formaldeide e altre sostanze organiche;
tuttavia queste potrebbero essere di rilevanza biologica
solo se raggiungessero l’oceano sottostante.
L’energia, necessaria per l'origine della vita,
potrebbe essere ottenuta non dal Sole, ma
attraverso la chemiosintesi, oppure potrebbe
essere di tipo geotermico come nelle sorgenti
idrotermali (forse all’interno dell’oceano si forma
uno strato caldo).
Composizione chimica:
Secondo alcune teorie l’oceano di Europa potrebbe
essere dominato da MgSO4. Ciò sembra essere
supportato dal fatto che gli anioni e i cationi dominanti
nel periodo della formazione erano Mg e SO4. Tuttavia
secondo altre ipotesi il catione potrebbe essere Na
oppure H (cosa che creerebbe un oceano di acido
solforico H2SO4).
La composizione chimica di Europa sembra inoltre
essere pesantemente condizionata dalla luna vicina,
Io, e dalla sua forte attività vulcanica. Europa si trova
così immersa in un costante bagno di particelle che la
arricchiscono di Na, S, Cl ed altri ioni, alterandone la
composizione chimica superficiale.
L’abbondanza di sali nell’oceano può anche essere
negativa per lo sviluppo di forme viventi. I
magnetometri della Galileo sembrano indicare che
l’oceano di Europa sia quasi saturo di NaCl o MgSO4.
Sulla Terra ci sono prove dell’esistenza di
microorganismi capaci di sopravvivere anche in
ambienti con elevate concentrazioni saline.
Invece, in caso di elevata concentrazione di H, i
processi di rimodellamento superficiale potrebbero
favorire l’espulsione di questo elemento nello spazio,
aumentando il pH dell’oceano dominato da solfati o
carbonati di sodio e calcio (Mono Lake in California).
6.
E’ possibile la vita?
L’ipotesi più accreditata è che la vita potrebbe
esistere in questo oceano al di sotto del ghiaccio,
in un ambiente simile a quello delle sorgenti
idrotermali presenti sulla Terra nelle profondità
degli oceani e sul fondo del Lago Vostok, in
Antartide.
Nell'immagine si vede dove è localizzato il Lago Vostok
Lago Vostok
Lago sotterraneo a 3,74 Km di
profondità sotto i ghiacci antartici,
esteso 14000 km2, nei pressi
dell’omonima stazione Russa
Condizioni simili a quelle
presenti su Europa sono state
riscontrate nel lago Vostok.
L’acqua del lago rimane
liquida grazie al calore
geotermico e all’elevata
pressione prodotta dal
ghiaccio sovrastante, dove
sono state scoperte diverse
forme di vita.
Alghe unicellulari del
tipo Crucigenia
tetrapoda a 1525 m
di profondità
(ghiaccio di 110.000
anni)
Spore batteriche a
2395 m di profondità
(200.000 anni)
Gusci di diatomee
a 2375 m di
profondità
(180.000 anni)
Numerosi altri batteri
che l’analisi del rRna
ha permesso di
catalogare tra gli
archebatteri
Se è vero che la vita sulla Terra poté originarsi nelle sorgenti idrotermali, allo
stesso modo questa vita avrebbe potuto iniziare da simili sorgenti vicino alle
rocce dei corpi ghiacciati.
Per provare l'eventuale esistenza di forme di vita nelle
acque del Lago Vostok senza il rischio di contaminazioni
esterne, il Jet Propulsion Laboratory ha studiato un
progetto che prevede l'uso di una prima sonda (chiamata
"cryobot") che avrebbe il compito di penetrare nella calotta
ghiacciata in corrispondenza del lago sciogliendone il
ghiaccio soprastante. Nel 2011 è iniziata la prima
esplorazione, che però è stata sospesa per l’avvicinarsi
dell’autunno.
Il Lago Vostok è un ambiente estremamente povero di
sostanze nutritive, le cui acque sono supersature di
ossigeno, con livelli 50 volte superiori a quelli che
solitamente vi sono nei normali laghi d'acqua dolce
superficiali. Questa elevata concentrazione di ossigeno
potrebbe essere dovuta alla calotta ghiacciata presente al
di sopra del lago che, sciogliendosi, libererebbe nel lago
ossigeno ed altri gas.
Qualunque organismo eventualmente presente nel lago,
dovrebbe essere in grado di sopravvivere a questa
condizione di "avvelenamento da ossigeno". Alcuni
pensano che questi organismi potrebbero aver sviluppato
particolari adattamenti, come, ad esempio, un'elevata
concentrazione di enzimi protettivi, in modo da
sopravvivere in queste condizioni estreme.
7.
Esplorazioni
Gran parte della nostra conoscenza di Europa proviene
dai dati e dalle immagini inviate a Terra dalle missioni
Voyager e Galileo; col passare del tempo sono state
avanzate nuove proposte per missioni future sul satellite.
Gli scopi di queste missioni variano dall'esaminare la
composizione chimica di Europa, alla ricerca di vita
extraterrestre nell'oceano sotto la sua superficie.
Ogni missione diretta verso Europa deve però essere
protetta dagli altissimi livelli di radiazioni emessi da Giove
e quindi richiede altissimi costi: risale al 2005 la
cancellazione dell'ambizioso progetto NASA Jupiter Icy
Moon Orbiter (JIMO).
8.
●
●
Conclusioni
Un'eventuale scoperta di forme di vita nel lago Vostok
potrebbe rafforzare l'ipotesi dell'esistenza di vita
extraterreste non solo su Europa, ma anche su
Ganimede e Callisto.
Europa, Ganimede e Callisto sembrano essere
abitabili, nel senso che probabilmente hanno acqua
liquida, elementi biogenici e fonti di energia libera
capaci di sostenere la vita.
LA SERPENTINIZZAZIONE
La scoperta di Lost City
Nel dicembre del 2000 è stata scoperta casualmente
un’area di sorgenti idrotermali a 800 metri di
profondità nell’Atlantico settentrionale, a 15
chilometri a ovest della dorsale medio-atlantica.
Il complesso di fumarole, situate sulla montagna
sottomarina chiamata Massiccio di Atlantide, è stato
denominato Lost City.
I camini bianchi si formano quando l’acqua esce dalle
bocche idrotermali e si mescola all’acqua di mare
formando carbonato di calcio che ricade sulle
fumarole.
Il massiccio è composto principalmente di peridotite,
la cui reazione con l’acqua è nota come
serpentinizzazione.
La reazione . . .
La peridotite, principale roccia costituente il
mantello, reagisce con l’acqua marina che si
infiltra nei camini, diventando serpentino e
rendendo l’acqua infiltrata altamente ridotta,
cioè ricca di idrogeno, metano e solfuri.
Un m3 di roccia combinandosi con
300 litri di acqua libera 180 kwh.
. . . all’origine della vita?
Tale condizione è simile a quella degli esperimenti di Miller e Urey.
Miliardi di anni fa la vita potrebbe essere sorta proprio in fumarole del genere.
In quelle epoche il mantello era molto più esposto per il forte vulcanismo
e le regioni come quella di Lost City molto più comuni.
Nei fluidi del sito si sono rilevati composti organici come metano, etano
e propano (Proscurowski 2008) e molecole organiche come formiato e acetato
confermando che le condizioni a Lost City sono tali da sostenere le reazioni di
generazione di composti organici da quelli inorganici.
I microbi di Lost City
Molti microbi riescono a sfruttare l’energia dell’idrogeno, sopperendo così all’assenza
del Sole. A Lost City i metanogeni hanno bisogno solo di anidride carbonica, acqua
liquida e peridotite.
Studiando le sequenze di RNA si è costruito un albero genealogico comprendente
tutti i viventi (vedi GENEV.ppt). Vicino alla radice ci sono molti organismi che
consumano idrogeno e vivono vicino a sorgenti calde, portando all’idea che l’ultimo
antenato comune dei tre regni abbia vissuto in ambienti del genere.
Novità per l’Astrobiologia
Le scoperte di Lost City hanno aumentato il numero dei corpi del sistema solare
idonei alla formazione della vita. Pianeti o satelliti contenenti peridotite (molto
comune) e acqua liquida possono aver avviato la serpentinizzazione portando a
microrganismi.
Su Marte ed Europa le componenti sembrano esserci, ma il metano osservato sul
Pianeta Rosso non basta a confermare la presenza di batteri metanogeni.
Solo l’osservazione di un forte impoverimento di Carbonio-13 darebbe un’indicazione
abbastanza certa di vita marziana.
9.
Bibliografia
Materiale Multimediale:
C. Bartolini, M. Benelli, L. Solmi: DVD “Fisica dei pianeti”
(2010)
Web:
●
http://it.wikipedia.org
●
http://www.nasa.gov
●
http://www.ifa.hawaii.edu
●
http://www.pd.astro.it
●
http://www.bo.astro.it
●
http://scienzaenatura.it
●
www.astrobio.net
Libri di testo:
●
●
I. Gilmour, M.A. Sephton: “An Introduction to Astrobiology”,
Cambridge University Press, Cambridge 2004
W.T. Sullivan, J.A. Baross: “Planets and Life”, Cambridge
University Press (2007).
Articoli:
●
C.F. Chyba, K.P. Hand: “Life without Photosyntesis”,
Scienze, 292, 2026-2027 (2001).
A cura di:
Lisa Benamati
Federica Camona
Mario Cornacchia
Giacomo Gostinicchi