Okyanus Dünya: EUROPA

Dr. H. Tuğça Şener - Mt. Suhora Gözlemevi Olcaytuğ Özgüllü - İstanbul Üniversitesi, Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü

2015 yılından beri NASA tarafından düzenlenen “Scientist for A day” adlı, ortaokul ve lise öğrencilerine yönelik kompozisyon yarışması geçtiğimiz yıl öğrencilerden NASA’nın bir sonraki uzay görevini gerçekleştireceği uyduyu seçmelerini ve bu seçimin nedenlerini anlatmalarını istedi. “Evrende yalnız mıyız?Başka bir hayat ve kolonileşme mümkün mü?” gibi soruların yanıtlarını arayan öğrencilerden Satürn’ün uyduları Enceladus ile Titan ve Jüpiter’in uydusu Europa arasında bir tercih yapmaları istendi. Bu yarışmadan yola çıkarak biz de bu yazımızda Jüpiter’in pürüzsüz uydusu Europa’yı inceliyoruz.

https://solarsystem.nasa.gov/resources/2475/moons-active-worlds/?category=moons/jupiter-moons_europa">Europa, ilk olarak 1610 yılında İtalyan astronom Galileo Galilei’nin, günümüzde “Galileoskop” olarak da adlandırılan, mini teleskopla gözlemiş olduğu ve bu nedenle de Galileo uyduları olarak anılan, Jüpiter’in dört büyük uydusunun en küçüğü. Europa’nın yüzeyi buzlarla kaplı. Bu nedenle Güneş Sistemi’nin yüzeyi en pürüzsüz uydusu olarak biliniyor. 30 km kalınlığındaki buz yüzeyinin altında yaklaşık 100 km derinlikte, Dünya’daki tüm okyanusların toplamından fazla ve Dünya’daki tüm suyun neredeyse iki katı kadar tuzlu bir su kütlesi bulunmakta. Tuzlu su ile yaşamın başlangıcına ilişkin çalışmalar Europa’nın bu konuda dikkat çekici bir gök cismi olduğuna işaret ediyor.

https://solarsystem.nasa.gov/resources/184/simulated-view-from-europas-surface-artists-concept/?category=moons/jupiter-moons_europa">1979 yılında Jüpiter sisteminin yakınından geçen iki Voyager uzay aracı, Voyager 1 ve Voyager 2, Europa’da sıvı su bulunabileceğinin ipuçlarını vermişti. Bunun ardından Dünya’daki teleskopların yanı sıra hem Galileo uzay aracı hem de uzay teleskopları Europa’da böylesi okyanuslar olabileceğine dair görüşleri güçlendirdi. 1989 yılında fırlatılan Galileo Uzay Aracı her ne kadar doğrudan Europa’yı hedeflemese de, yine de Europa’nın yüzey yapısı, yüzeyinin altı ve okyanus yapısı hakkında çeşitli bilgiler edinilmesinde oldukça faydalı oldu. Her ne kadar teoriler uydunun yeraltı okyanusuna sahip olabileceğini öngörüyorsa da bazı fizikçiler Europa’nın sadece kalın buzullarla kaplı olduğunu düşünüyordu ta ki 26 Eylül 2016 akşamı NASA, Europa uydusunda su gayzerleri keşfedildiğini duyurana kadar.Europa’daki aşırı düşük sıcaklığa rağmen okyanustaki maddenin hala nasıl sıvı halde bulunabildiğini anlamak için gelin Europa’yı biraz daha detaylı inceleyelim:

Boyutları ve Uzaklığı

Europa, Jüpiter etrafındaki yörüngesi boyunca Jüpiter’den ortalama 671.000 km uzaklıkta yer alır. Dünya Güneş arası uzaklık, ~149,5 milyon km, 1 Astronomi Birimi(AB) kabul edildiğinde Europa’nın Güneş’ten uzaklığı ~5.2 AB’dir (~780 milyon kilometre). Güneş’ten bu kadar uzak olan Europa’ya erişen Güneş ışınları Dünya’ya kıyasla 25 kat daha sönüktür. En geniş kısmı olan ekvator bölgesindeki çapı 3100 km olan Europa, uydumuz Ay’ın %90’ı büyüklüğündedir. Europa’nın, bir gök cisminin üzerine düşen ışığı yansıtabilme ölçütünün göstergesi olan albedosu ise, yüzeyi su buzuyla kaplı olduğu için, Ay’a kıyasla 5,5 kat daha fazladır. Yani Europa’yı Ay’ın yerine koyacak olsak az çok benzer bir büyüklükte, ancak çok çok daha parlak bir görüntüye sahip olurdu. Güneş’e Uzaklığı5.2 AB / 780 milyon kmBüyüklüğü3100 km (Ekvatoral Çapı)Yüzey sıcaklığıYaklaşık -222 ^oCAlbedo0.67 (∓0.03) / 1.00Yörünge Dönemi3,5 Dünya Günü

Yörünge ve Dönme

Europa’nın Jüpiter etrafındaki yörüngesini tamamlaması için geçen süre yalnızca 3,5 Dünya günüdür ve tıpkı Ay ile Dünya’mız arasında olduğu gibi Europa ile Jüpiter arasında da dönme-dolanma kitlenmesi gözlenmektedir. Ay’ın kendi etrafında dönme süresi ile Dünya etrafında dolanma süresi aynı olduğu için Dünya ve Ay birbirlerine hep aynı yüzlerini gösterirler. Bu durum Europa ve Jüpiter için de geçerlidir. Jüpiter’in Güneş etrafında bir turunu tamamlaması 4333 dünya günü (yaklaşık 12 dünya yılı) sürer. Dünya’mızdan biliyoruz ki Dünya’nın dönme eksenindeki yaklaşık 23,5 derecelik eğiklik mevsimlerin oluşmasına sebep olur. Ancak Jüpiter’in yörüngesi ile kendi etrafında dönme düzlemi arasındaki açı sadece 3 derecedir. Bu nedenle Jüpiter ve etrafındaki uydularda belirgin mevsimsel değişiklikler görülmez.Europa’nın Jüpiter etrafındaki eliptik yörüngesi nedeniyle Jüpiter’e mesafesi kimi zaman azalırken kimi zaman da artmaktadır. Europa’nın Jüpiter’e yakın olan yüzeyi kütleçekimini daha fazla hissederken uzak tarafta bu etki daha azdır. iki taraf arasındaki bu çekimsel fark, Dünya ile Ay arasındaki kütleçekimsel etkileşimin sonucu olarak gözlediğimiz gel-gitlere benzer şekilde Europa’nın yüzeyindeki buz katmanını çekiştirmekte ve buz katmanının gerilip gevşemesine neden olmaktadır. Böylelikle okyanus dibindeki madde yüzeyde oluşan çatlaklardan yukarı çıkacak yollar bulabilmektedir. Europa’nın buz yüzeyi altında gerçekten de tahmin edildiği gibi bir okyanus mevcutsa, bu çekimsel enerji deniz tabanında volkanik ya da hidrotermal aktivitelere neden olabilir ve böylelikle okyanus canlılar için uygun bir hale gelebilir.

Europa’nın Oluşumu

Jüpiter’in, Güneş Sistemi’nin ilk zamanlarında, Güneş etrafındaki gaz ve toz bulutunun yoğunlaşarak oluştuğu düşünülmekte. Jüpiter’in Galileo uydularının da bu gaz ve tozdan artanlarla oluşmuş olması büyük bir olasılık. Bu dört uydu muhtemelen Güneş Sistemi ile aynı yaşta, yani yaklaşık 4.5 milyar yıl yaşında.

Europa’nın Yapısı

Tıpkı gezegenimiz Dünya gibi Europa’nın da demirden bir çekirdeğe, çekirdek etrafında kayaç bir mantoya ve tuzlu bir su okyanusuna sahip olduğu düşünülmekte. Ancak Dünya’nın aksine, Europa’nın 60-150 km derinlikteki okyanuslarının üzerinde muhtemelen 15-25 km kalınlıkta buzdan bir kabuk mevcut. Her ne kadar bu buz yüzeyin altında bir okyanus olma olasılığı yüksekse de bu durum hala daha gelecekteki bir görevle onaylanmayı bekliyor. Europa, yörüngesi boyunca Jüpiter’e yaklaşıp uzaklaştıkça, yüzeyi kaplayan buz katmanı zaman zaman esneyip gerilerek şekil bozukluklarına uğrar. Yüzeydeki buz kabuğun altındaki okyanus da kabuğa temas ettiği yerlerde soğuyarak buza dönüşür. Her ne kadar okyanusa doğrudan gidemesek de Jüpiter’in kütle çekimsel etkisiyle çatlayan kabuğun altından yukarı süzülen bu donmuş okyanus maddesi sayesinde, okyanusu da inceleme imkanı elde edebiliriz. Jüpiter’in yol açtığı güçlü gelgit etkisi, buz tabakasını yer yer sıkıştırır yer yer esnetirken Europa’nın okyanus tabanındaki kayalık kabuk da gerilir. Bu gerilimin yarattığı sürtünme, Europa’nın yeraltı okyanusunu ısıtarak suyun donmasını önlemektedir. Jüpiter’in gelgit etkisi, Europa’nın kaya tabakasını eritecek kadar ısı üretmiyor olabilir ama buz tabakasına yeterince enerji aktardığı kesin.Europa’nın yüzey sıcaklığı kutuplarda ortalama -220℃ ve ekvatorda -160℃. Bu nedenle, uydunun yüzeyindeki buz tabakasının da aslında granit bir kaya kadar sert olması bekleniyor. Ancak, Jüpiter’in gelgit etkisiyle ısınan buz tabakasının kırılmasıyla birlikte çatlaklar oluşuyor. Buzdaki kırıklardan dışarıya çıkan ve Europa’nın soğuk yüzeyinde hemen donan su akıntısı, uyduya çarpan göktaşlarının buzda açtığı kraterlerin üstünü kapatarak eski çarpışma izlerinin silinmesine neden oluyor.Europa’nın yüzeyindeki “su buzu tabakası” çatlaklar ve yarıklarla kaplı olsa da krater sayısı oldukça düşük düzeyde. Güneş Sistemi’nin 4,6 milyar yıl önce oluşumundan bu yana gezegenlerdeki asteroit çarpışmaları göz önüne alındığında, Europa’nın yüzeyinde bu çarpışmaların izini taşıyan az sayıda krater bulunması, uydunun jeolojik olarak aktif olduğunu gösteriyor.Dünya’daki volkanlar sıcak lav püskürttükleri için Türkçe'de volkanlara yanardağ diyoruz. Oysa Europa’da durum farklı: Europa’nın buz tabakasının altında sıcak bir okyanus var. Bu okyanus belki sadece 4 derece sıcaklığında ama Dünya’dakinin aksine, Europa’nın volkanlarından su ve buz fışkırmasına neden oluyor.

Yüzeyi

Europa’nın sulu-buzlu yüzeyi uzun ve çizgisel çatlaklar barındırmakta. Yüzey, gözlenebilen çok az sayıdaki kratere bakılırsa, jeolojik zaman ölçeğine göre gayet genç; 40 veya en fazla 90 milyon yıl yaşında. Buna kıyasla Jüpiter’in bir diğer Galileo uydusu olan Callisto’nun yüzeyinin birkaç milyar yıl yaşında olabileceği tahmin edilmekte. Europa’nın yüzeyindeki bir çok çatlak ve lekeli görünümün yanı sıra muhtemelen çeşitli tuzlar ve sülfürlü bileşenlerin su buzu ve radyasyon ile etkileşmesi sonucunda oluşan kızıl-kahve materyalin bileşimi tam olarak bilinmemekte. Bu yüzey bileşiminin ne olduğunu öğrendiğimiz zaman uydu üzerinde yaşam olasılığına dair birçok sorumuza da cevap bulacağız.

https://solarsystem.nasa.gov/resources/203/reddish-bands-on-europa/?category=moons/jupiter-moons_europa">1995’ten 2003’e kadar Jüpiter Sistemi’ni araştıran NASA’nın Galileo uydusu, Europa’nın yanından bir çok defa geçti. Böylelikle gözlenen bir çok çukur ve tümseğin Europa’nın buz katmanının alttan gelen ısı nedeniyle yavaş yavaş bir bulamaca döndüğü gözlendi. Soğuk ve yoğun buz çökerken daha ılık ve az yoğun olan buzun yükselmesi ile farklı sıcaklık ve yoğunluk değerlerine sahip olan bu iki buzun kaynaştığı görüşü öne sürüldü. Genellikle 1-2 km genişliğinde ama uzunluğu binlerce kilometreye varabilen çatlakların bazıları yüzlerce metre yükseklikte yamaçlarda oluşurken kimileri de birbirine paralel birçok çatlaktan oluşan geniş bantlara yayılmış durumda.

https://astronomy.com/magazine/2019/08/how-we-might-find-life-on-europa">Yüzeyde bunların yanı sıra birçok yapının bir arada gözlendiği kaotik bölgeler de mevcut. 2011 yılına gelindiğinde, Galileo’dan gelen veri üzerinde çalışan bilim insanları hem yamaçlar, hem çatlaklar, hem de ovaları bir arada içeren bu kaotik yerlerin oluşumunu incelediler. Bu yapıların buza gömülü lens biçimindeki göllerin üzerindeki yüzeyin çökmesi ile oluşmuş olabileceğini öne sürdüler.

Europa’nın Atmosferi

2013 yılında Hubble Uzay Teleskobu’ndan alınan verilerle çalışan NASA ekipleri, ince bir oksijen katmanından oluşan Europa atmosferinin uzaya aktif bir şekilde su salınımı yapıyor olabileceğine dair kanıtlar bulduklarını duyurdular. Bu durum uyduda jeolojik aktivitelerin günümüzde de devam ettiği anlamına gelebilir. Devam gözlemleri ile onaylanırsa, tıpkı Satürn’ün uydusu Enceladus’un su buharlarını inceleyen Cassini Görevi’nde yapıldığı gibi, gelecekte bir başka uzay aracı da Europa’daki bu su örneklerini inceleme imkanı bulabilir.

Europa’nın Manyetosferi

Galileo görevinin en önemli ölçümlerinden birisi de Jüpiter’in manyetik alanının Europa etrafında nasıl bir bozulmaya uğradığını göstermesidir. Bu ölçümlere göre yüzey altında elektrik iletkenliği yüksek çeşitli sıvılardan oluşan derin bir katmanın varlığı, Europa’da özel bir tür manyetik alan oluşturmaktadır. Europa'nın buzlu yapısına dayanarak bu manyetik yapıyı oluşturan en olası malzemenin tuzlu su olduğu ve manyetik alanın da Europa’daki okyanuslara dair en sağlam delil olduğu düşünülmektedir.

Europa’da Yaşam Olasılığı

Europa’nın yüzey sıcaklığı yaklaşık -220℃ ile -160℃ arasında değişiyor. Peki bu sıcaklık değerlerine dayanabilecek canlılar var mıdır? İnsanlık olarak en merak ettiğimiz sorulardan birisi de tam olarak bu. Uzay araçları yüzeye inmeksizin, kızılötesi, morötesi ve bir çok uzaktan algılama aygıtları kullanarak bu analizi gerçekleştirebilir. Böylece Europa’nın herhangi bir tür yaşam formunu destekleyecek bir yapıya sahip olup olmadığına dair fikir edinebiliriz.Bildiğimiz yaşamın gerçekleşebilmesi için 3 temel gereksinim var: sıvı su, uygun kimyasal elementler ve enerji kaynağı. Europa’ya baktığımızda bolca su ve uygun element içeriği görülüyor, ancak enerji kaynağının varlığını teyit etmek zor. Dünya’daki yaşam formlarının yeraltı volkanlarının dibinde, derin denizlerin ventlerinde ve bu gibi diğer aşırı ortamlarda büyümekte olduğu keşfedilmiş. Bilim insanları olağanüstü çevre koşullarında yaşayabilen bu “ekstemofil”ler sayesinde Europa’nın buz kabuğunun altındaki hayatın nasıl mümkün olabileceğine dair ipuçları edinmekte. Nihayet Europa’da (ya da Mars veya Enceladus’ta) bir tür yaşam formu bulursak mikroplara ya da daha kompleks türlere benzemeleri olası. Aynı yıldızın etrafında iki farklı gezegende birbirinden bağımsız olarak yaşam oluşabileceği gözlenirse, işte o zaman gerekli koşullar sağlandığı takdirde evrende yaşamın kolayca oluşabileceğini söyleyebiliriz.Peki Europa’da yaşam bulunursa, bu bizim kainata bakışımızı ve kainattaki yerimizi nasıl etkiler? 2016 yılında NASA’nın Europa’ya gerçekleştirmeyi planladığı en güncel görevlerden biri olan Europa Kondusu’na dair yayınladığı bir ön çalışma raporunda bunlara da değinilmiş. Öncelikli amacı Europa’da yaşam olup olmadığını araştırmak olan bu kondunun bir diğer görevi de, yerinde tetkikler yaparak uydunun yaşam için uygunluğunun incelenmesi ve yüzeyin gelecekteki olası robotik görevler için analiz edilmesidir.Europa’ya yapılacak bu kondu görevi 3 ana soruya cevap aramakta;

1. Dünya’da yaşam nasıl başladı ve evrimleşti? Güneş Sistemi’nde başka bir yerde de yaşam oluşup evrimleşmiş olabilir mi?
2. Güneş Sistemi’nde yaşamın oluşmasına olanak tanıyan temel özellikler nelerdir?
3. Yalnız mıyız?

Görevin hedeflerini biyolojik izler, yüzeyin yaşama elverişliliği, yüzey özellikleri ve yüzey dinamikleri olarak dört ana başlığa ayırabiliriz. Biyolojik izlerin araştırılması en temelde Europa’da bir yaşam varlığına dair delillerin araştırılması anlamına gelmektedir. Bunun için öncelikle geçmiş ya da mevcut yaşama dair herhangi bir organik belirtecin bulunması ve tanımlanması gerekir. Yüzeyin yaşama elverişliliği ise, Europa’nın yüzeye yakın yerlerinde buzlu olmayan bileşimin yaşam için gerekli çevresel faktörler ve kimyasal farklılıklara dair belirteçlerin varlığının araştırılması ile mümkündür. Kondunun konumunda yakın zamanda püskürmüş olan malzeme ve bu malzemenin sıvı suya benzerliğinin belirlenmesi ile Europa yüzeyinin yaşama elverişliliğini ölçmek, yapılacak işler arasında yer almaktadır. Europa’da yaşamın varlığını araştırırken yüzeyin en az 10 cm aşağısından alınan beş farklı örneğin tayfsal, mikroskobik ve organik bileşenlerine yönelik niteliksel analizler gerekmektedir.Tüm bu detayları göz önüne aldığımızda Europa’nın birçok bakımdan Güneş Sistemimizin en ilginç ve dikkat çeken cisimlerinden biri olduğunu görüyoruz. Buz gayzerleri ve yüzeydeki büyük çatlaklar gibi jeolojik olaylar Europa’ya olan ilgimizi her daim canlı tutuyor. Üstelik Europa’da biyolojik bir bulguya rastlayabilirsek, evrende yaşamın o kadar da nadir görülen bir fenomen olmadığını da kanıtlamış olabiliriz. Zira aynı yıldızın etrafında dolanan iki farklı cisimde farklı yaşam türlerinin evrimleşmesi, evrende yaşamın bugüne dek sandığımızdan daha kolay oluştuğuna dair bir ışık olabilir. Önümüzdeki yıllar bize ne gösterecek bilemiyoruz, ama Europa’nın bize göstereceği çok şey var gibi görünüyor.Kaynaklar:https://solarsystem.nasa.gov/moons/jupiter-moons/europa/in-depth/https://europa.nasa.gov/resources/58/europa-lander-study-2016-report/https://europa.nasa.gov/system/downloadable_items/50_Europa_Lander_SDT_Report_2016.pdfhttps://khosann.com/uzayda-dunyaya-benzeyen-baska-gezegenler-jupiterin-uydusu-europanin-yeralti-okyanusunda-hayat-olabilir/https://khosann.com/nasa-acikladi-europa-uydusunda-hayat-var-mi/Görsel Kaynakları: https://solarsystem.nasa.gov/resources/2475/moons-active-worlds/?category=moons/jupiter-moons_europahttps://solarsystem.nasa.gov/resources/184/simulated-view-from-europas-surface-artists-concept/?category=moons/jupiter-moons_europahttps://solarsystem.nasa.gov/resources/203/reddish-bands-on-europa/?category=moons/jupiter-moons_europahttps://solarsystem.nasa.gov/resources/116/blocks-in-the-europan-crust-provide-more-evidence-of-subterranean-ocean/?category=moons/jupiter-moons_europahttp://www.astronomy.com/magazine/2019/08/how-we-might-find-life-on-europaEk görseller:https://beta.techcrunch.com/wp-content/uploads/2017/02/europa_layers.jpg?_ga=2.118704905.1205524211.1557059371-924088434.1557059371https://europa.nasa.gov/resources/148/europa-water-world-infographic/https://europa.nasa.gov/resources/117/europa-ridges-plains-and-mountains/https://europa.nasa.gov/resources/120/chaotic-terrain-on-europa/https://europa.nasa.gov/resources/58/europa-lander-study-2016-report/Kapak Görseli:https://europa.nasa.gov/resources/91/natural-and-false-color-views-of-europa/