Europa, una delle 95 lune di Giove, è da decenni al centro dell’attenzione della comunità scientifica. Il motivo di tanto interesse si trova nelle sue profondità: a decine di chilometri sotto la sua spessa crosta ghiacciata, il satellite galileiano nasconde infatti un vasto oceano globale d’acqua liquida, considerato uno degli ambienti più promettenti del Sistema solare per la ricerca di tracce di vita o di condizioni favorevoli al suo sviluppo.
La superficie ghiacciata di Europa, la luna di Giove, in una rielaborazione a colori di immagini raccolte dalla sonda Galileo della Nasa alla fine degli anni Novanta. Il mosaico mostra la più ampia porzione della superficie della luna mai ripresa dalla missione alla massima risoluzione disponibile. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Seti Institute
Da tempo gli scienziati ipotizzano che parte di quest’acqua possa risalire verso la superficie attraverso una fitta rete di fratture e canalicoli verticali, chiamati dicchi (dykes in inglese), per poi accumularsi in serbatoi poco profondi noti come “shallow sills“. Il meccanismo di risalita sarebbe concettualmente simile a quello con cui il magma terrestre attraversa le fratture della crosta alimentando il vulcanismo. Nel caso dei mondi ghiacciati come Europa, si parla però di criovulcanismo, poiché il materiale in movimento è costituito da acqua e ghiaccio anziché da roccia fusa.
La possibile esistenza di questi bacini d’acqua poco profondi, che si ritiene siano responsabili di caratteristiche superficiali note come lenticole e doppie creste, rende Europa un obiettivo scientifico ancora più interessante. Trovandosi a profondità molto inferiori rispetto all’oceano globale nascosto sotto decine di chilometri di ghiaccio, tali sacche d’acqua sarebbero infatti più facilmente individuabili e campionabili da parte di future missioni di esplorazione, offrendo un accesso privilegiato ad ambienti potenzialmente abitabili altrimenti difficilmente raggiungibili.
Un nuovo studio condotto da un team di astronomi guidati dalla Rutgers University, negli Usa, mette però ora in discussione questo scenario. I risultati della ricerca, pubblicata la settimana scorsa su Nature Astronomy, indicano che, qualora questi bacini d’acqua fossero presenti, difficilmente potrebbero essere alimentati direttamente dall’oceano globale di Europa. La risalita dell’acqua attraverso l’intero spessore della crosta ghiacciata sarebbe infatti molto meno probabile di quanto ipotizzato finora, sottolineano gli scienziati.
Per giungere a questa conclusione, i ricercatori hanno simulato la risalita dell’acqua dall’interfaccia oceano-ghiaccio fino a poco sotto la superficie. Per farlo hanno utilizzato sofisticati modelli di fluidodinamica, in grado di descrivere contemporaneamente sia la dinamica dell’acqua che gli scambi di calore con il ghiaccio circostante. L’obiettivo era stimare quanta acqua liquida potesse realmente risalire verso gli strati superficiali e verificare così il modello geofisico oggi più accreditato per spiegare il trasporto dell’acqua dall’oceano della luna verso la crosta.
«La domanda che ci siamo posti è se l’acqua liquida potesse davvero risalire dall’oceano di Europa fino agli strati superficiali senza congelare durante il tragitto», sottolinea Lujendra Ojha, scienziato planetario della Rutgers University e primo autore della pubblicazione.
Secondo i risultati dello studio, la risposta è negativa. Le simulazioni, condotte considerando sia un flusso laminare che turbolento dell’acqua – i due principali regimi di movimento di un fluido, il primo caratterizzato da un moto ordinato, il secondo da un comportamento caotico – mostrano infatti che esistono importanti ostacoli, sia termodinamici sia meccanici, alla risalita diretta d’acqua liquida dall’oceano profondo di Europa verso la superficie attraverso i dicchi.
Nel riquadro (a), immagine della superficie di Europa che mostra diverse caratteristiche morfologiche della crosta ghiacciata della luna, le lenticole (frecce nere) e le doppie creste (frecce rosse), che si pensa siano il risultato della presenza di sacche d’acqua sottosuperficiali. In (b), uno schema del processo di risalita dell’acqua liquida dall’oceano profondo di Europa attraverso un dicco, con conseguente formazione di un bacino poco profondo nella crosta ghiacciata e deformazione della superficie. In (c), lo schema dettagliato del modello bidimensionale che descrive la dinamica della risalita dell’acqua in regime di flusso turbolento. Crediti: Lujendra Ojha, Ankit Barik e Jacob Buffo, Nature Astronomy, 2026
Anche nelle condizioni più favorevoli che abbiamo ipotizzato – con fratture molto ampie, temperature dell’oceano più elevate e un punto di congelamento dell’acqua più basso – il volume d’acqua trasportato è risultato insufficiente a formare bacini d’acqua sottosuperficiali, spiegano i ricercatori.
Ciò che emerge dalle simulazioni, in particolare, è che l’acqua all’interno delle fratture viene continuamente rimescolata, entrando rapidamente in contatto con le pareti ghiacciate e disperdendo calore molto più velocemente del previsto. La conseguenza di ciò, continuano i ricercatori, è che l’acqua raggiunge uno stato di superraffreddamento, rimane cioè liquida anche a temperature inferiori al normale punto di congelamento. In queste condizioni si iniziano a formare minuscoli cristalli di ghiaccio orientati casualmente, il cosiddetto ghiaccio frazil, che si accumula progressivamente fino a ostruire completamente i condotti. Le simulazioni indicano che i dicchi più stretti potrebbero chiudersi a causa del congelamento dell’acqua che scorre al loro interno nel giro di poche ore. Quelli più larghi riuscirebbero teoricamente a trasportare acqua liquida, ma la turbolenza rende lo scenario poco favorevole.
Tenendo conto dei vari regimi di flusso dell’acqua, i risultati della ricerca mostrano che per trasferire una quantità d’acqua sufficiente a spiegare la formazione di sacche sottosuperficiali su Europa sarebbero necessari dicchi irrealisticamente lunghi oppure presenti in numero estremamente elevato.
Lo studio ha importanti implicazioni per la futura esplorazione della luna. Secondo gli autori, infatti, qualora venissero rinvenute sacche di acqua liquida poco profonde sotto la superficie della luna, queste potrebbero non contenere liquido proveniente dall’oceano di Europa, ma essersi formate localmente dallo scioglimento del ghiaccio all’interno della calotta stessa.
La distinzione è tutt’altro che marginale. Gli scienziati sono interessati a Europa perché l’acqua liquida è uno degli ingredienti fondamentali per lo sviluppo della vita. Un bacino poco profondo sarebbe certamente più facile da esplorare rispetto all’oceano nascosto sotto decine di chilometri di ghiaccio, ma se questo serbatoio non è collegato all’oceano globale, non conserva informazioni sull’ambiente che gli astrobiologi ritengono più promettente per la ricerca di possibili tracce di vita.
Le conclusioni dello studio potranno essere messe alla prova già nel prossimo decennio grazie a due missioni dirette verso il sistema di Giove. La sonda Europa Clipper della Nasa, lanciata nell’ottobre 2024, entrerà in orbita attorno al pianeta nell’aprile del 2030 ed effettuerà 49 sorvoli ravvicinati di Europa. Tra gli strumenti scientifici a bordo c’è anche il radar Reason (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface), progettato proprio per sondare la struttura della crosta ghiacciata e individuare eventuali serbatoi d’acqua nel sottosuolo. Nel luglio 2031 dovrebbe raggiungere il sistema gioviano anche la missione Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) dell’Agenzia spaziale europea, che contribuirà a ricostruire la struttura interna e la composizione delle principali lune ghiacciate di Giove.
«Il nostro lavoro suggerisce che lo scambio di materiale tra l’oceano profondo e la superficie di Europa sia molto più limitato di quanto ipotizzato finora, mettendo in discussione i modelli che prevedono una connessione diretta tra i due ambienti», concludono i ricercatori. «Questi risultati aiuteranno le future missioni a interpretare meglio ciò che osserveranno e a individuare le aree più promettenti in cui cercare eventuali segnali di abitabilità».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Limited direct fluid exchange between the deep subsurface ocean and the shallow subsurface environment of Europa” di Lujendra Ojha, Ankit Barik e Jacob Buffo