ظهور أدلة على وجود محيط غني بالكربون في أوروبا – عالم الفيزياء

ظهور أدلة على وجود محيط غني بالكربون في أوروبا – عالم الفيزياء

الطابع الزمني: 26 سبتمبر 2023 5:27 صباحًا

صورة لأوروبا، والتي تظهر كجسم مستدير مزرق مع بقعة بيضاء بالقرب من المركز
السطح الجليدي: قمر المشتري أوروبا، كما تراه كاميرا NIRCam التابعة لـ JWST. تارا ريجيو هي المنطقة البيضاء في المركز. (بإذن من: NASA، ESA، CSA، Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC، Samantha K Trumbo/Cornell University).

تمكن علماء الكواكب في الولايات المتحدة من تتبع الكربون الموجود على سطح قمر كوكب المشتري "أوروبا" إلى المحيط الجليدي تحته، وكشفوا عن معلومات جديدة حول طبيعة المحيط وأصله. ويعزز هذا الاكتشاف آمال علماء الأحياء الفلكية في أن الكربون، الموجود على شكل ثاني أكسيد الكربون، يمكن أن ينبع من العمليات البيولوجية التي تحدث تحت الجليد. ومع ذلك، فإن البحث عن أعمدة الماء المنفجرة من سطح يوروبا لم يسفر عن أي نتائج، ويقول العلماء المشاركون في عمليات الرصد إن هناك حاجة إلى قياسات أفضل للتمييز بين المصادر البيولوجية والجيولوجية للكربون.

نحن نعلم بوجود محيط في أوروبا بفضل الغلاف المغناطيسي الهائل لكوكب المشتري، والذي يولد مجالًا مغناطيسيًا داخل الماء السائل المالح. لقد تكهن علماء الأحياء الفلكية لسنوات عديدة بقابلية هذا المحيط للسكن، لكن من الصعب دراسته لأنه مدفون تحت القشرة الجليدية للقمر التي يبلغ سمكها 23-47 كيلومترًا.

فوضى الكربون

بدلًا من الحفر عبر الجليد لسبر المحيط مباشرة، استخدمت أحدث الدراسات كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) ومطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) الموجودين على تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لتقريب المحيط منا. من بين المعالم الموجودة على سطح يوروبا مناطق مليئة بكتل غير منتظمة الشكل تتقاطع مع نتوءات متغيرة اللون. تُعرف هذه المناطق باسم تضاريس الفوضى، وقد تم تفسيرها على أنها مواقع تتدفق فيها المواد من المحيط إلى السطح وتصل إلى السطح، وهنا قام العلماء في فريقين منفصلين بالبحث عن أدلة على تكوين المحيط.

أظهرت البيانات أربعة بصمات طيفية قوية لثاني أكسيد الكربون في تارا ريجيو، وهي منطقة تبلغ مساحتها 1,800 كيلومتر من التضاريس الفوضوية في نصف الكرة الأرضية الرئيسي لأوروبا. وحدد العلماء أيضًا إشارة أضعف لثاني أكسيد الكربون في منطقة أخرى من التضاريس الفوضوية تسمى بوويز ريجيو.

جذبت بصمات ثاني أكسيد الكربون عند الأطوال الموجية الطيفية البالغة 4.25 و4.27 ميكرون اهتمامًا خاصًا. وفي حين أن الأخير هو الانبعاث المتوقع للأشعة تحت الحمراء لجليد ثاني أكسيد الكربون النقي، فإن الأول يشير إلى وجود خليط من ثاني أكسيد الكربون وجزيئات أخرى.

أحد الفرقبقيادة جيرونيمو فيلانويفا من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، حدد هذا المزيج على أنه جليد مائي ممزوج بثاني أكسيد الكربون والميثانول. ومن المثير للاهتمام أن التجارب المعملية تشير إلى أن توقيع 4.25 ميكرون يمكن أن ينشأ من جلب الأملاح إلى السطح من المحيط وتعرضها للإشعاع. يشكل خليط ثاني أكسيد الكربون والماء والثلج والميثانول إما طبقة رقيقة حول بلورات الملح أو يتم احتجازها بداخلها.

أصل بدائي

إن نسبة الكربون 12 إلى نظائر الكربون 13 في أوروبا هي أيضًا ذات أهمية كبيرة. قام فريق فيلانويفا بقياس هذه النسبة على أنها 83 (+/-19)، مما يجعلها ضمن حدود النسب المقاسة على أقمار زحل، والكويكب ريوجو القريب من الأرض الذي زارته مهمة هايابوسا 2 اليابانية، والأرض التي تحتوي على الكربون 12. إلى نسبة الكربون 13 تبلغ 89 للكربون غير العضوي (أي الكربون غير المرتبط بالهيدروجين). تشير هذه القواسم المشتركة إلى أنه، على عكس الماء، الذي يتواجد بنسب نظائرية مختلفة على أجسام مختلفة، فإن الكربون الموجود في عوالم وأقمار نظامنا الشمسي يأتي من نفس المصدر.

يقول فيلانويفا: "إن القيم النظائرية، في حدود الدقة التي حققناها، تتوافق بالفعل مع قيم الأقمار الأخرى وأيضًا مع بعض المواد البدائية". عالم الفيزياء.

وعلى هذا النحو، توفر قياسات الكربون الموجود في أوروبا مزيدًا من المعلومات حول تركيب وتوزيع المواد الموجودة في القرص النجمي الأولي الذي شكل النظام الشمسي منذ حوالي 4.5 مليار سنة.

محيط مؤكسد

• الفريق الثاني، تتكون من سامانثا ترامبو من جامعة كورنيل و مايكل براون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، وركز على أصول الكربون في أوروبا. نظرًا لأن تلسكوب جيمس ويب الفضائي لم يكتشف أي جزيئات عضوية معقدة على سطح يوروبا، يقول ترومبو وبراون إن هذا يلغي أي فرصة لتكوين ثاني أكسيد الكربون عن طريق التفكك الضوئي لتلك المواد العضوية حيث تقوم البيئة الإشعاعية المحيطة بالمشتري بتفكيكها. وبدلا من ذلك، تشير الملاحظات إلى أن الكربون كان بالفعل في شكل ثاني أكسيد الكربون عندما وصل إلى السطح، مما يشير إلى أن ثاني أكسيد الكربون هذا يجب أن يذوب في المحيط.

وعلى هذا الأساس، توصل ترامبو وبراون إلى بعض الاستنتاجات العامة حول حالة محيط أوروبا. ويشيرون إلى أن المحيط يتأكسد بدرجة عالية، وهو ما يتوافق مع النماذج التي تصور الحركة الهبوطية عبر جليد المواد المؤكسدة مثل الأكسجين الجزيئي وبيروكسيد الهيدروجين التي تشكلت في البيئة الإشعاعية على السطح. ومع ذلك، حتى عين NIRSpec القوية لم تتمكن من تحديد ما إذا كان ثاني أكسيد الكربون يأتي من الكائنات الحية. وتوافق فيلانويفا على ذلك قائلة: "ستكون هناك حاجة إلى مزيد من القياسات ودقة أعلى من أجل تحديد عمليات تكوين وتطور الكربون المرصود على أوروبا".

والشيء الآخر الذي سيتطلب المزيد من القياسات هو أعمدة الماء المتناثرة عالياً فوق سطح يوروبا. على الرغم من أن تلسكوب هابل الفضائي اكتشف مثل هذه الأعمدة في ثلاث مناسبات على مدار السنوات العشر الماضية، إلا أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي لم يرصد أيًا منها خلال عمليات الرصد التي أجراها في نوفمبر 10. وفي حين أن هذا لا يعني أن الأعمدة ليست حقيقية، إلا أنه يضع حدًا أعلى يبلغ 2022 كيلوغرام. في الثانية على متوسط ​​معدل قذف المواد. ويعني أيضًا أن الأعمدة، إن وجدت، يجب أن تكون متقطعة.

ومن المرجح أن تصل المزيد من المعلومات خلال العقد المقبل، مع وكالة الفضاء الأوروبية جوبيتر ايس مونز إكسبلورر (JUICE) من المقرر أن تقوم بتحليقين بالقرب من أوروبا بمجرد وصولها إلى نظام جوفيان في عام 2031. يوروبا كليبر ومن المقرر أيضًا أن تبحر البعثة إلى كوكب المشتري في عام 2024، مع تاريخ وصول مخطط له في عام 2030. وستلعب ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي دورًا حيويًا في تحديد أين وماذا يجب على البعثتين دراستهما على سطح يوروبا.

الطابع الزمني:

اكثر من عالم الفيزياء