Výlet na noční stranu Europy

Jak se bude cítit astronaut na neosvětlené, noční straně Europy? Nové experimenty ukazují, že tam dochází k zajímavým optickým jevům. (délka blogu 8 min.)

Europa…

… je jedním ze čtyř největších měsíců planety Jupiter. Je trochu menší než náš Měsíc. Oběh kolem Jupitera jí trvá zhruba 3,5 dne. 

Povrch Europy pokrývá silný pancíř z vodního ledu, který je neustále deformován slapovými silami, způsobenými blízkostí obří planety. Na rovníku panuje mráz kolem -160 °C, pod ledovým krunýřem se ale podle všeho nachází  tekutý oceán, ve kterém je daleko více vody, než kolik se nachází na naší vlastní planetě. Jak vysoká je její teplota není známo, není tedy vyloučeno, že jsou v ní příznivé podmínky pro vznik a existenci života. Právě tato domněnka dělá z Europy jeden z nejzajímavějších cílů pro budoucí kosmické výpravy. 

Magnetosféra Jupiteru

Europa je v pořadí druhým nejbližším měsícem, který krouží kolem největší planety Sluneční soustavy. Jupiter kolem sebe vytváří mohutné magnetické pole. Europa se tedy nachází uvnitř jeho magnetosféry, která ji tak neustále zásobuje vysoce energetickými částicemi. 

A právě díky nim se budoucí cestovatelé na Europě mohou setkat se zajímavým jevem. Noční krajina bude... světélkovat. 

Za dne - tedy na Slunci přivrácené straně - vypadá Europa normálně: ledová planina bez atmosféry, na jejímž nebi občas visí obrovský, příčnými pásy dekorovaný Jupiter. Až na zjev na nebi se tedy Europa na pohled moc neliší od našeho Měsíce. Má pevný povrch, brázděný příkopy a krátery. 

V noci je ale situace jiná. Úplná temnota tu nejspíš nepanuje nikdy. Nejen že noční nebe může osvětlovat blízký Jupiter, ale dokonce i samotný materiál povrchu Europy září.

Jak nedávno zveřejnili vědci v časopise Nature Astronomy, bude nejspíš povrch Europy v noci připomínat pohádkově fosforeskující krajinu. A na vině je - jistě to tušíte - fyzika, konkrétně jev, kterému se říká…

Luminiscence

Vědci prováděli experimenty s různými solemi, jejichž přítomnost se dá čekat na povrchu měsíce, a testovali, jak se chovají v přítomnosti silného ionizujícího záření. 

...

Tento efekt se dnes využívá například při výzkumu kosmického záření. I když nás atmosféra a magnetické pole naší planety před kosmickým zářením dobře chrání, přesto se jimi nedají odstínit úplně všechny vysoce energetické částice. Ty se tak mohou dostat až na povrch země, kde je (například v Antarktidě) vědci detekují coby zřídkavé záblesky v ledovém materiálu. 

To, že v podobných podmínkách dochází k luminiscenci u samotného čistého ledu, se ví už od padesátých let. 

Rychle letící elektrony, které kolidují s tímto materiálem, předávají svou energii elektronům v molekule vody. Tím se molekuly “vybudí” do stavu, ve kterém ovšem nehodlají a ani nemohou setrvat moc dlouho. Přebytečné energie se pak zbavují vyzařováním fotonů určité vlnové délky - které naše oko vnímá jako světlo specifické (v tomto případě nazelenalé) barvy. 

Na Europě musí být luminiscence ještě daleko intenzivnější. Nejen že nemá svou vlastní atmosféru nebo magnetické pole, které by ji mohly chránit, měsíc se navíc nachází v magnetosféře Jupitera, která ho zásobuje neustálým proudem vysoce energetických částic. 

Pro srovnání: intenzita záření na povrchu Europy je tak silná, že by člověka zabilo během deseti nebo dvaceti minut. 

Horní obrázek je tedy jen fikcí. Astronaut má na něm k dispozici zatím neznámý a nezkonstruovaný přístroj s názvem MORAP (mobile radiation protection), jak je vidět ze “stínu”, který se rozprostírá kolem jeho postavy. Bez ochrany by byl podobný výlet velice rychle smrtelný…

Clipper

Dříve než se vydají na Europu lidé, poletí k Jupiteru samozřejmě automatické sondy. První z nich má být (doufejme už v tomto desetiletí) Clipper.

Sonda se bude nacházet  na oběžné dráze kolem Jupiteru a provede zhruba 45 blízkých přeletů kolem Evropy tak, že pokaždé posune svoji letovou dráhu, aby nakonec oskenovala a vyfotografovala téměř celý povrch měsíce.

Clipper se bude pohybovat od 2775 kilometrů do 25 kilometrů nad povrchem. Většina průletů přitom bude pod 100 kilometry. Bude tak moci vyfotografovat i temnou část Europy - a s ní i výše popsané optické jevy. 

Záře, která hodně prozradí…

Přitom zdaleka nejde jen o hezký optický jev světélkování povrchu měsíce. Vzhledem k tomu, že se každá chemická sloučenina může projevovat jinou vlnovou délkou světla, bude na základě optického pozorování možno také zjistit, jaké chemické sloučeniny a v jaké koncentraci se nacházejí na povrchu Europy. 

Ledový krunýř Europy, pod kterým se skrývá rozsáhlý oceán, navíc není neporušený. Blízkost obří planety a její gravitace si pohrává se všemi čtyřmi blízkými měsíci. V ledu jsou stopy po zlomech a příkopech, kterými se na povrch dostává “čerstvá” voda z hlubin. Optické jevy na povrchu tak mohou vypovídat i o chemickém složení oceánu.

Zatímco například čistá voda světélkuje v proudu nabitých částic zelenou barvou, kuchyňská sůl, která je ve vodě rozpuštěná, jasnost tohoto světla snižuje. Temné oblasti, pozorované na ledovém povrchu, tedy budou více slané než ty, které jsou za noci světlejší. 

Jiné soli, například hořčíkové sulfáty, se zase prozradí zvýšením intenzity luminiscence nebo dokonce jinou barvou. A tak na sondu čeká možná až nečekaně pestrý obrázek, ve kterém bude převládat zelená, ale také namodralá nebo bílá. 

Zdroje: Gudipati, MS, Henderson, BL & Bateman, FB Laboratorní předpovědi pro noční povrchovou ledovou záři Europy. Nat Astron (2020).https://doi.org/10.1038/s41550-020-01248-1