Décadas antes de qualquer sonda mergulhar o dedo do pé - e o termómetro - nas águas de mundos oceânicos distantes, os astrobiólogos de Cornell desenvolveram uma nova forma de determinar as temperaturas dos oceanos com base na espessura das suas camadas de gelo, conduzindo eficazmente a oceanografia a partir do espaço.



Os dados disponíveis que mostram a variação da espessura do gelo já permitem uma previsão para a parte superior do oceano de Encélado, uma lua de Saturno, e o levantamento orbital planeado pela missão da NASA da camada de gelo de Europa deverá fazer o mesmo para a lua jupiteriana muito maior, melhorando as conclusões da missão sobre se poderia sustentar a vida.

Os pesquisadores propõem que um processo chamado “bombeamento de gelo”, que observaram abaixo das plataformas de gelo da Antártica, provavelmente molda a parte inferior das camadas de gelo de Europa e Encélado, mas também deveria operar em Ganimedes e Titã, grandes luas de Júpiter e Saturno, respectivamente. .

Eles mostram que as faixas de temperatura onde o gelo e o oceano interagem – regiões importantes onde os ingredientes para a vida podem ser trocados – podem ser calculadas com base na inclinação de uma camada de gelo e nas mudanças no ponto de congelamento da água em diferentes pressões e salinidades.

"Se pudermos medir a variação de espessura entre essas camadas de gelo, seremos capazes de obter restrições de temperatura nos oceanos, o que não há outra maneira de fazer sem perfurá-los", disse Britney Schmidt, professora associada de astronomia e de Ciências da Terra e Atmosféricas na Faculdade de Artes e Ciências e Cornell Engineering. "Isso nos dá outra ferramenta para tentar descobrir como funcionam esses oceanos. E a grande questão é:as coisas vivem lá, ou poderiam?"

Com membros atuais e antigos de seu Laboratório de Habitabilidade e Tecnologia Planetária, Schmidt, que é membro da equipe científica Europa Clipper da NASA, é coautor de "Interações Gelo-Oceano em Mundos Oceânicos Influenciam a Topografia da Concha de Gelo", publicado no Jornal de Pesquisa Geofísica:Planetas . O primeiro autor é Justin Lawrence, pesquisador visitante do Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (A&S) e gerente de programa da Honeybee Robotics.

Em 2019, usando o robô Icefin operado remotamente, a equipe de Schmidt, incluindo Lawrence, observou o bombeamento de gelo dentro de uma fenda abaixo da plataforma de gelo Ross, na Antártica. O gelo meteórico liso e turvo na base da plataforma derreteu, produzindo água mais fresca e menos densa que subiu pela fenda e congelou novamente como gelo marinho verde e áspero. Os resultados foram relatados na Nature Geoscience e Avanços da Ciência , em artigos liderados por Lawrence e Peter Washam, cientista pesquisador do Departamento de Astronomia (A&S).

O processo é impulsionado pelo fato de que o ponto de congelamento da água depende negativamente da pressão:à medida que a profundidade e a pressão aumentam, a água deve estar mais fria para se expandir e congelar. No fundo, onde a pressão é maior e o ponto de congelamento mais frio, as correntes oceânicas podem derreter o gelo com mais facilidade. Se a água gelada derretida for flutuante e subir para profundidades mais rasas e com pressão mais baixa, ela congelará novamente. O ciclo redistribui parte do gelo dentro de uma plataforma ou concha, alterando sua composição e textura.

“Em qualquer lugar onde haja essa dinâmica, seria de esperar que houvesse bombeamento de gelo”, disse Lawrence. “Você pode prever o que está acontecendo na interface gelo-oceano com base na topografia – onde o gelo é espesso ou fino e onde está congelando ou derretendo”.

Os pesquisadores mapearam faixas de espessura potencial da concha, pressão e salinidade para mundos oceânicos com gravidade variável e concluíram que o bombeamento de gelo ocorreria nos cenários mais prováveis, embora não em todos. Eles descobriram que as interações gelo-oceano em Europa podem ser semelhantes às observadas sob a plataforma de gelo Ross – evidência, disse Lawrence, de que tais regiões podem ser algumas das mais parecidas com a Terra em mundos alienígenas.

A sonda Cassini da NASA gerou dados suficientes para prever uma faixa de temperatura para o oceano de Encélado com base na inclinação de sua camada de gelo dos pólos ao equador:1,095 graus negativos a 1,272 graus Celsius negativos. Conhecer as temperaturas permite compreender como o calor flui através dos oceanos e como eles circulam, afetando a habitabilidade.

Os investigadores esperam que o bombeamento de gelo seja fraco em Encélado, uma lua pequena (da largura do Arizona) com uma topografia dramática, enquanto na Europa maior - quase do tamanho da lua da Terra - eles prevêem que actua rapidamente para suavizar e achatar a base da camada de gelo.

Schmidt disse que o trabalho demonstra como a pesquisa que investiga as mudanças climáticas na Terra também pode beneficiar a ciência planetária, razão pela qual a NASA apoiou o desenvolvimento do Icefin.

“Há uma ligação entre a forma da camada de gelo e a temperatura do oceano”, disse Schmidt. "Esta é uma nova maneira de obter mais informações sobre medições de camadas de gelo que esperamos conseguir para Europa e outros mundos."

Mais informações: J. D. Lawrence et al, Interações entre gelo e oceano em mundos oceânicos influenciam a topografia da camada de gelo, Journal of Geophysical Research:Planets (2024). DOI:10.1029/2023JE008036
Informações do diário: Jornal de Pesquisa Geofísica:Planetas , Geociências da Natureza , Avanços da ciência

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