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As luas geladas e suas implicações para a astrobiologia: Viajando por Ganimedes, Calisto e Io

Parte III

No começo da nossa série sobre as “luas geladas”, conhecemos um pouco mais sobre o que essas luas precisam ter para receber essa definição (aqui) e conversamos um pouco mais sobre Europa, lua de Júpiter e uma das “luas geladas” mais famosas nos últimos anos, tanto em discussões acadêmicas como na mídia (e aqui). A parte III da nossa saga de 6 textos, ainda fala sobre as luas de Júpiter, e traz pra vocês mais informações sobre Ganimedes, Calisto e Io. Então, mãos à obra.

Pré-requistos para a existência e a manutenção da vida

Para começar, vou resgatar um trechinho do nosso primeiro texto para lembrarmos o que são as “luas geladas”. Elas são satélites naturais, cobertos principalmente por gelo, que orbitam os gigantes gasosos do nosso Sistema Solar, sendo eles Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Para que recebam esta nomenclatura é necessário que as “luas geladas” apresentem três pré-requisitos, sendo eles: a presença de um meio líquido, de uma fonte de energia e de condições necessárias para a formação de moléculas complexas. Esses também são considerados responsáveis pelo surgimento e pela manutenção da vida.

Viajando por Ganimedes

Ótimo! Agora que já lembramos o que esses satélites têm em comum, vamos então para os escolhidos de hoje. Ganimedes, a maior lua de Júpiter e do nosso Sistema Solar, é a segunda lua jupteriana de maior interesse para a astrobiologia no que se refere à busca de vida fora da Terra. Maior do que o planeta Mercúrio, Ganimedes é formada por partes iguais de material rochoso e água. Acredita-se que ela possua um oceano líquido sob a sua superfície, porém, muito tem se debatido se esse oceano estaria ou não em contato com o manto rochoso da lua ou se estaria isolado por uma camada rígida de gelo. Como a ciência não é algo que traz verdades absolutas e sim hipóteses e teorias que melhores descrevem os fenômenos que observamos, muita coisa interessante ainda pode surgir sobre essa lua.

Ainda assim, mesmo considerando essas discussões sobre a exata localização do oceano de Ganimedes, essa lua já se encontrava próxima à Europa no que se diz respeito a sua possibilidade de abrigar de vida. Um dos argumentos mais fortes que suportam essa ideia, é de que Ganimedes seja um satélite com fontes de energia e indícios de química complexa. Dessa forma, se o contato entre o oceano líquido e o manto (que possibilita trocas e fornece as condições necessárias para a formação de moléculas complexas) for confirmado, Ganimedes será consolidada como um dos ambientes mais propícios para o surgimento da vida em nosso Sistema Solar, equiparada com Europa.

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Figura 1. Visão global de Ganimedes. Créditos: Nasa/JPL.

Nessa lua então, acreditamos que os três pré-requisitos de ouro sejam: (1) água existente na forma líquida, encontrada em seu oceano interno; (2) força de maré originada no oceano interno da lua, decaimento radioativo de seu núcleo, e possivelmente também proveniente da radiação ionizante dos anéis radioativos de Júpiter, assim como ocorre em Europa; (3) provável interação água líquida-manto rochoso e a interessante reciclagem de sua superfície através do seu ativo ciclo geoquímico.

Um rápido pulo em Calisto e Io

E os interesses pelas luas de Júpiter não param por aí. Calisto e Io, ainda que em proporções menores quando comparadas às demais “luas geladas” que conversamos, são satélites interessantes para a ciência no que se trata da procura de vida fora da Terra. Calisto, a lua mais distante de Júpiter pode possuir um oceano líquido em seu interior, porém, devido a sua superfície ser bastante antiga e pouco diferenciada, acredita-se que pouca atividade geológica ocorra por lá, o que acarretaria em uma menor disponibilidade de energia (Figura 2).

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Figura 2. Visão global de Calisto. Créditos: Nasa/JPL.

Io, a quarta maior lua do Sistema Solar e a “lua gelada” mais próxima de Júpiter, ao contrário de Calisto, possui energia abundante (Figura 3). Contando com mais de 400 vulcões ativos, Io é considerado o objeto com maior atividade geológica do Sistema Solar. Porém, a lua possui pouca água e pouco carbono disponíveis, o que torna a existência de vida como a que conhecemos na Terra, pouco provável. Ainda sim, essas luas são consideradas bem mais prováveis para a existência de vida quando comparadas ao Sol, a lua da Terra e os planetas gigantes gasosos, por exemplo, ainda permanecendo interessantes para os astrobiólogos.

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Figura 3. Visão global de Io. Créditos: Nasa/JPL.

Como conversamos no primeiro texto, o interesse por essas luas é tão grande que grandes empresas de exploração espacial já estão preparando missões para entendê-las melhor. A missão programada pela ESA, a JUICE, (acrônimo em inglês para “The JUpiter ICy moons Explorer”, em português “Explorador das Luas Geladas de Júpiter”), tem lançamento previsto para 2022 e chegada em Júpiter em 2030. Um de seus principais objetivos será responder questões sobre o funcionamento do Sistema Solar e as condições para a formação de planetas e para a emergência da vida. Embora esta missão tenha a lua Ganimedes como foco de trabalho, Calisto e Europa também serão estudados a fim de facilitar o entendimento sobre a emergência de mundos habitáveis formados ao redor de gigantes gasosos.

Por hoje é isso! Nos próximos textos, vou contar um pouco mais pra você sobre as luas dos outros gigantes que ainda não abordamos para que juntas, possamos compreender um pouco mais sobre a nossa vizinhança cósmica.

Referências

CANUP, R. M.; WARD, W. R. Formation of the gallilean satellites: conditions of accretions. The Astronomical Journal, v. 124, n. 6, p. 3404-3423, 2002.

ESA. JUICE.

GALANTE, D. et al. Astrobiologia [livro eletrônico]: uma ciência emergente. Tikinet Edição: IAG/USP, São Paulo, 2016.

IRWIN, L. N.; SCHULZE-MAKUCH, D. Assessing the plausibility of life on other worlds. Astrobiology, v. 1, n. 2, p.143-160, 2001.

PASACHOFF, Jay M.; FILIPPENKO, Alex. The Cosmos: Astronomy in the new millennium. Cambridge University Press, 2013.

SCHUBERT, G. et al. Interior composition, structure and dynamics of the Galilean satellites. Jupiter: The planet, satellites and magnetosphere, v. 1, 2004.

SHOWMAN, A. P.; MALHOTRA, R. The Galilean satellites. Science, v. 286, p. 77-84, 1999.

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As luas geladas e suas implicações para a astrobiologia: Conheça Europa

Parte II

No primeiro texto dessa incrível série que fala das “luas geladas”, conhecemos um pouco mais sobre o que são essas luas, o que elas precisam ter para receber essa definição e falamos brevemente sobre Europa e sobre algumas missões espaciais que estão por vir. Quem quiser relembrar da primeira parte da nossa jornada, é só clicar aqui. A parte II da nossa saga, que ainda fala das luas de Júpiter, agora foca em Europa.

Características indispensáveis para que a vida possa existir e ser mantida:

Antes de falar desse satélite, gostaria resgatar um pedacinho do nosso primeiro texto para lembrarmos o que essas luas precisam ter para serem consideradas “luas geladas”. Para receberem esse título, os satélites naturais, cobertos principalmente por gelo, que orbitam os gigantes gasosos do nosso Sistema Solar precisam apresentar os três seguintes pré-requisitos:

  • um meio líquido,
  • uma fonte de energia e
  • condições necessárias para a formação de moléculas complexas responsáveis pelo surgimento e pela manutenção da vida.

Uma viagem por Europa

Feito! Com isso em mente, vamos focar na nossa lua principal, Europa, e entender com um pouco mais de detalhes como encontramos esses três pré-requisitos.

  1. Presença de meio líquido:

Sendo a menor das quatro “luas geladas” de Júpiter, Europa é formada por um núcleo metálico envolto por uma crosta, ambos localizados abaixo de uma camada de água (na forma líquida e de gelo). Estima-se que essa camada de água tenha de 80 a 170 quilômetros de extensão, sendo composta de uma crosta congelada localizada logo acima de um oceano líquido. A existência de um oceano global abaixo de sua crosta de gelo é o elemento mais importante para a habitabilidade de Europa e seu estudo é de grande interesse para determinar se a vida foi ou é capaz de surgir e de se manter na lua.

  1. Fonte de energia:

A superfície de Europa é plana e recente, com poucas crateras antigas, o que indica que é renovada constantemente. Podemos assumir que exista essa renovação constante devido ao fato de que a lua está submetida a constantes bombardeamentos, e que, se não há crateras antigas expostas, deve haver uma renovação da superfície para que ela esteja sempre lisa. Os processos responsáveis por essa renovação seriam inúmeros, dentre eles: erupções locais de água aquecida e sob pressão; elevação e submersão de sólidos congelados e líquidos em algumas regiões; rupturas de camadas superficiais de gelo, etc.

Outra característica importante de Europa, que também remete a renovação da superfície é a existência de uma variedade de linhas escuras que cruzam sua superfície (Figura 1). Dentre as possíveis hipóteses que tentam explicar esse padrão, a mais aceita diz que essas linhas devem ter sido formadas por uma série de erupções de gelo aquecido ao passo que a crosta da lua se abria para expor camadas interiores mais quentes. Uma possível explicação para o surgimento de suas linhas antigas torna Europa ainda mais interessante. Imagens provenientes das sondas Voyager e Galileo revelaram evidências de processos geológicos tais quais os que ocorrem aqui na Terra em regiões de convergência de placas tectônicas, quando uma placa se desloca para baixo de outra. A existência dessas placas em Europa faria dela o único corpo celeste que possui placas tectônicas além da Terra.

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Figura 1. Superfície de Europa. As linhas que cobrem sua superfície tiveram a coloração adicionada para que ficassem mais visíveis. Fonte: Nasa/JPL-Caltech/SETI Institute.

Outro fator interessante é em relação à sua atmosfera. Observações realizadas pelo Hubble revelaram que a atmosfera fina de Europa é composta principalmente por oxigênio molecular (em sua camada interior) e hidrogênio molecular (em sua camada exterior). Infelizmente, para astrobiólogos, esse oxigênio não indica atividade biológica, sendo proveniente da quebra da molécula de água na superfície da lua. Essa quebra é ocasionada pela radiação ultravioleta do Sol e por partículas carregadas da magnetosfera de Júpiter (íons e elétrons). Dessa forma, podemos então encontrar as principais fontes de energia nessa lua, sendo elas a energia do núcleo metálico (decaimento radioativo dos elementos), da força das marés (do oceano interno), e da radiação de Júpiter.

  1. Condições necessárias para a formação de moléculas complexas

Considerando que Europa tenha uma origem condrítica (formada de poeira e pequenos grãos presentes no início do Sistema Solar) e levando em consideração o contexto de intenso bombardeamento no qual está inserida, a lua teria uma variedade de compostos essenciais para a vida semelhante tal qual como conhecemos na Terra. Adicionalmente, atividades hidrotermais, se constatadas como presentes, transportariam esses elementos do manto para os oceanos, fazendo com dessa interação oceano-rocha, um componente de extrema relevância para a formação de moléculas complexas e do desenvolvimento da vida.

Portanto, até agora, temos Europa preenchendo os nossos 3 pré-requisitos: 1) existência de um meio líquido: água na forma de gelo na crosta de Europa e na forma líquida, encontrada em seu oceano interno; (2) fonte de energia: força de maré originada no oceano interno da lua, decaimento radioativo de seu núcleo metálico, e possivelmente também proveniente da radiação ionizante dos anéis radioativos de Júpiter; (3) condições necessárias para a formação de moléculas complexas: provável interação água líquida-rocha no leito oceânico da lua e possível origem exógena (de fontes externas à lua), devido ao intenso contexto de bombardeamento em que Europa está inserida.

Somado à esses pré-requisitos modelos atuais de Europa sugerem que condições como temperatura, pressão, pH e salinidade dos oceanos internos estão dentro dos limites capazes de suportar vida como conhecemos. Além disso, as informações atuais sobre a lua indicam que Europa não só pode ser habitável  nos dias atuais como provavelmente foi assim durante a maior parte da história do nosso Sistema Solar. Daí o extremo interesse em estudar essa lua e a necessidade da criação de missões de exploração,que serão abordadas em mais detalhes em no nosso último texto dessa série. Futuras observações, particularmente aquelas realizadas através de pousos na sua superfície e coleta de material, permitirão análises não apenas qualitativas, mas também quantitativas sobre o potencial habitável de Europa, especialmente quanto às fontes de energia disponíveis e evolução química de seu oceano.

É fascinante entender o quão importante algumas das luas do Sistema Solar podem ser na busca pela vida fora do nosso planeta. Espero que tenham gostado de conhecer um pouco mais sobre Europa e que estejam ansiosas para saber mais sobre a nossa vizinhança cósmica. No próximo texto, ainda estaremos em Júpiter, mas vamos viajar por outras de suas luas, também incríveis e de amplo interesse astrobiológico: Ganimedes, Calisto e Io.

Referências:

ANDERSON, J. D. et al. Europa’s differentiated internal structure: Inferences from four Galileo encounters. Science, v. 281, n. 5385, p. 2019-2022, 1998.

CANUP, R. M.; WARD, W. R. Formation of the gallilean satellites: conditions of accretions. The Astronomical Journal, v. 124, n. 6, p. 3404-3423, 2002.

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FIGUEREDO, P. H.; GREELEY, R. Resurfacing history of Europa from pole- -to-pole geological mapping. Icarus, v. 167, p. 287-312, 2004.

GALANTE, D. et al. Astrobiologia [livro eletrônico]: uma ciência emergente. Tikinet Edição: IAG/USP, São Paulo, 2016.

IRWIN, L. N.; SCHULZE-MAKUCH, D. Assessing the plausibility of life on other worlds. Astrobiology, v. 1, n. 2, p.143-160, 2001.

KARGEL, J. S. et al. Europa’s crust and ocean: origin, composition and the prospects for life. Icarus, v. 148, 39, 2000.

MCKINNON, W. B.; ZOLENSKY, M. E. Sulfate content of Europa’s ocean and shell: Evolutionary considerations and some geological and astrobiological implications. Astrobiology, v. 3, n. 4, p. 879-897, 2003.

PARANICAS, C.; CARLSON, R. W.; JOHNSON, R. E. Electron bombardment of Europa. Geophys. Res. Lett, v. 28, n. 4, p. 673-676, 2001.

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SCHUBERT, G. et al. Interior composition, structure and dynamics of the Galilean satellites. Jupiter: The planet, satellites and magnetosphere, v. 1, 2004.

SHOWMAN, A. P.; MALHOTRA, R. The Galilean satellites. Science, v. 286, p. 77-84, 1999.

WORTH, R. J.; SIGURDSSON, S.; HOUSE, C. H. Seeding life on the moons of the outer planets via lithopanspermia. Astrobiology, v. 13, p. 1155-1165, 2013.

ZOLOTOV, Mikhail Y.; SHOCK, Everett L. Energy for biologic sulfate reduction in a hydrothermally formed ocean on Europa. Journal of Geophysical Research: Planets, v. 108, n. E4, 2003.

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As luas geladas e suas implicações para a astrobiologia

Parte I

Nos últimos anos, assuntos como “luas geladas” bem como “suas implicações para a astrobiologia” têm sido recorrentes em diversas discussões acadêmicas e até mesmo dentro da mídia. Devido a importância dessas luas, e ao fato de estarem super “na moda” nos dias de hoje, em uma série de textos, pretendo contar para vocês um pouquinho mais sobre o quê são elas, quais são e as principais luas geladas, e porquê são tão importantes assim nos estudos da astrobiologia. Empolgadas então para o primeiro dos 5 textos que estão por vir sobre o assunto?

Então vamos começar! O que raios são essas luas geladas? Os satélites naturais, cobertos principalmente por gelo, que orbitam os gigantes gasosos do nosso Sistema Solar são conhecidos como luas geladas. Para que recebam esta nomenclatura é necessário que apresentem três pré-requisitos, sendo eles: a presença de um meio líquido, de uma fonte de energia e de condições necessárias para a formação de moléculas complexas. Esses também são considerados responsáveis pelo surgimento e pela manutenção da vida.

De acordo com essa classificação, existem diversas “luas geladas” no nosso sistema solar. Dentre elas podemos citar alguns satélites naturais de Júpiter, como Io, Europa, Ganimedes e Calisto (ver figura 1), de Saturno, como Encélado e Titã e de Urano e Netuno.

Perfeito! Agora já entendemos um pouco melhor sobre o quê são esses satélites. Vamos então, focar em um deles em particular, um dos mais promissores nos estudos de astrobiologia, a fim de conseguirmos ilustrar um pouco como esta lua se enquadra na classificação acima descrita. Europa, a sexta maior lua de Júpiter, por se enquadrar nestes pré-requisitos e por apresentar características significantes relacionadas ao estudo da habitabilidade fora da Terra, é considerada uma das “luas geladas” de maior interesse do ponto de vista astrobiológico.

Foto 1

Figura 1. Montagem das quatro principais “luas geladas” de Júpiter. De cima pra baixo: Io, Europa, Ganimedes e Calisto. Créditos da imagem: NASA/JPL/University of Arizona.

Nessa lua suspeitamos que os três pré-requisitos sejam: (1) para o meio líquido: água existente na forma de gelo na crosta de Europa e na forma líquida, encontrada em seu oceano interno; (2) como fonte de energia: força de maré originada no oceano interno da lua, decaimento radioativo de seu núcleo, e possivelmente também proveniente da radiação ionizante dos anéis radioativos de Júpiter; (3) condições necessárias para a formação de moléculas complexas: provável interação água líquida-rocha no leito oceânico da lua e possível origem exógena (de fontes externas à lua), devido ao intenso contexto de bombardeamento em que Europa está inserida.

Europa, embora uma das maiores do nosso Sistema, é a menor das quatro “luas geladas” orbitando Júpiter, com um diâmetro de aproximadamente 3.100 km . Ela é constituída por uma atmosfera pouco densa, formada principalmente de oxigênio molecular, originado a partir da radiólise da água em sua superfície; uma camada de água, com extensão estimada em 80-170 km dividida entre uma crosta congelada na porção superior e um oceano líquido logo abaixo; um manto rochoso; e um núcleo metálico (ver figura 2).

Foto 2

Figura 2. Representação da composição de Europa. Apresentação geral do núcleo metálico, do manto rochoso e da camada superior de água (à esquerda). Visão em mais detalhes da camada externa de água, composta por uma crosta congelada na porção superior e um oceano líquido logo abaixo (à direita). Atmosfera não representada. Créditos da imagem: Coustenis & Encrenaz, 2013.

Além disso, modelos atuais de Europa sugerem que condições como temperatura, pressão, pH e salinidade dos oceanos internos estão dentro dos limites capazes de suportar vida como conhecemos na Terra. Estudos anteriores também revelaram que a lua possui uma superfície plana, o que indica uma constante renovação da crosta a partir de processos geológicos como erupções locais de água aquecida; elevação e submersão de líquidos e de sólidos congelados; ruptura das camadas superficiais de gelo; translação e extensão de blocos da superfície e subsequente preenchimento destas regiões.

Devido a relevância e importância desta lua, tanto no contexto astrobiológico quanto no contexto cósmico de forma mais abrangente, agências espaciais como a Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço (NASA) e a Agência Espacial Europeia (ESA) planejam missões ao satélite em um futuro próximo. A mais recente delas, Europa Mission (traduzido para o português como “Missão Europa”), está com lançamento previsto para 2020, segundo o Laboratório de Propulsão a Jato (JPL – NASA). Ela terá como principal objetivo obter uma melhor compreensão de Europa a partir da análise de sua superfície (para determinação de sua composição), da espessura de sua crosta congelada, da salinidade e da profundidade de seu oceano interno (através da medição do campo magnético da lua), e da investigação de suas erupções termais de água, anunciadas pela agência em setembro deste ano (NASA, 2016).

A segunda missão programada nesse caso pela ESA é a JUICE (acrônimo em inglês para “The JUpiter ICy moons Explorer”, em português “Explorador das Luas Geladas de Júpiter”), com lançamento previsto para 2022 e chegada em Júpiter em 2030. Seus principais objetivos serão diferentes da Missão Europa (NASA). JUICE buscará responder questões sobre o contexto cósmico acerca do funcionamento do Sistema Solar e das condições para a formação de planetas e para a emergência da vida, além de trabalhar com o uso do sistema jupiteriano como um arquétipo para melhor entender o desenvolvimento de gigantes gasosos. Embora esta missão tenha a lua Ganimedes como foco de trabalho, Calisto e Europa também serão estudados a fim de facilitar o entendimento sobre a emergência de mundos habitáveis formados ao redor de gigantes gasosos (ESA, 2016).

Espero ter conseguido mostrar para vocês que tem muita coisa super interessante acontecendo e muita gente envolvida em projetos de pesquisa com temas relacionados às “luas geladas”. Nos próximos textos vou contar um pouco mais pra você sobre cada uma dessas luas, para que juntas, possamos compreender um pouco mais sobre os nossos vizinhos cósmicos.

Referências:

ANDERSON, J. D. et al. Europa’s differentiated internal structure: Inferences from four Galileo encounters. Science, v. 281, n. 5385, p. 2019-2022, 1998.

BROWN, Robert H.; CRUIKSHANK, Dale P. The moons of Uranus, Neptune and Pluto. Scientific American, v. 253, p. 28-37, 1985.

CANUP, R. M.; WARD, W. R. Formation of the gallilean satellites: conditions of accretions. The Astronomical Journal, v. 124, n. 6, p. 3404-3423, 2002.

CARR, M. H. et al. Evidence for a subsurface ocean on Europa. Nature, v. 391, n. 6665, p. 363-365, 1998.

CHYBA, C. F. Energy for microbial life on Europa. Nature, v. 403, n. 6768, p. 381-382, 2000.

ESA. JUICE. Em: < http://sci.esa.int/juice/&gt;. Acesso em: 15 de novembro de 2016.

FIGUEREDO, P. H.; GREELEY, R. Resurfacing history of Europa from pole- -to-pole geological mapping. Icarus, v. 167, p. 287-312, 2004.

FILACCHIONE, G. et al. Saturn’s icy satellites investigated by Cassini-VIMS: I. Full-disk properties: 350–5100 nm reflectance spectra and phase curves. Icarus, v. 186, n. 1, p. 259-290, 2007.

GALANTE, D. et al. Astrobiologia [livro eletrônico]: uma ciência emergente. Tikinet Edição: IAG/USP, São Paulo, 2016.

GREELEY, R.; SPUDIS, P. D. Volcanism on Mars. Reviews of Geophysics, v. 19, n. 1, p. 13-41, 1981.

IRWIN, L. N.; SCHULZE-MAKUCH, D. Assessing the plausibility of life on other worlds. Astrobiology, v. 1, n. 2, p.143-160, 2001.

KARGEL, J. S. et al. Europa’s crust and ocean: origin, composition and the prospects for life. Icarus, v. 148, 39, 2000.

MCKINNON, W. B.; ZOLENSKY, M. E. Sulfate content of Europa’s ocean and shell: Evolutionary considerations and some geological and astrobiological implications. Astrobiology, v. 3, n. 4, p. 879-897, 2003.

NASA. Europa Mission. Em: < http://www.jpl.nasa.gov/missions/europa-mission/&gt; Acesso em 15 de novembro de 2016.

PARANICAS, C.; CARLSON, R. W.; JOHNSON, R. E. Electron bombardment of Europa. Geophys. Res. Lett, v. 28, n. 4, p. 673-676, 2001.

PASACHOFF, Jay M.; FILIPPENKO, Alex. The Cosmos: Astronomy in the new millennium. Cambridge University Press, 2013.

SCHUBERT, G. et al. Interior composition, structure and dynamics of the Galilean satellites. Jupiter: The planet, satellites and magnetosphere, v. 1, 2004.

SHOWMAN, A. P.; MALHOTRA, R. The Galilean satellites. Science, v. 286, p. 77-84, 1999.

WORTH, R. J.; SIGURDSSON, S.; HOUSE, C. H. Seeding life on the moons of the outer planets via lithopanspermia. Astrobiology, v. 13, p. 1155-1165, 2013.

ZOLOTOV, Mikhail Y.; SHOCK, Everett L. Energy for biologic sulfate reduction in a hydrothermally formed ocean on Europa. Journal of Geophysical Research: Planets, v. 108, n. E4, 2003.