Der fremkommer beviser for et kulstofrigt hav på Europa – Physics World

Der fremkommer beviser for et kulstofrigt hav på Europa – Physics World

Tidsstempel: 26. september 2023 kl. 5

Billede af Europa, der fremstår som en rund, blålig genstand med en hvid plet nær midten
Iskolde overflade: Jupiters måne Europa, set af JWSTs NIRCam. Tara Regio er det hvide område i centrum. (Med høflighed: NASA, ESA, CSA, Gerónimo Villanueva/NASA-GSFC, Samantha K Trumbo/Cornell University).

Planetforskere i USA har sporet kulstof på overfladen af ​​Jupiters måne Europa til det iskolde hav under det, hvilket afslører nye oplysninger om havets natur og oprindelse. Opdagelsen vækker astrobiologers håb om, at kulstoffet, som findes i form af kuldioxid, kan stamme fra biologiske processer, der finder sted under isen. En søgning efter vandfaner, der bragede ud af Europas overflade, kom dog op tom, og forskere involveret i observationerne siger, at der vil være behov for bedre målinger for at skelne mellem biologiske og geologiske kulstofkilder.

Vi ved, at der er et hav på Europa takket være Jupiters enorme magnetosfære, som inducerer et magnetfelt i det salte flydende vand. Astrobiologer har i årevis spekuleret over beboeligheden af ​​dette hav, men det er svært at studere, fordi det er begravet under månens 23-47 kilometer tykke isskal.

Kulstof kaos

I stedet for at grave gennem isen for at sondere havet direkte, brugte de seneste undersøgelser Near-Infrared Camera (NIRCam) og Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) på James Webb Space Telescope (JWST) til at bringe havet tættere på os. Blandt kendetegnene på Europas overflade er områder fulde af uregelmæssigt formede blokke på kryds og tværs af misfarvede kamme. Disse områder, der er kendt som kaos terræn, er blevet fortolket som steder, hvor materiale fra havet vælder op og når overfladen, og det er her, at forskere i to separate hold jagtede beviser for havets sammensætning.

Dataene viste fire stærke spektrale signaturer af kuldioxid i Tara Regio, som er et 1,800 kilometer bredt område med kaosterræn på Europas førende halvkugle. Forskerne identificerede også et svagere signal om kuldioxid i et andet område med kaos terræn kaldet Powys Regio.

Signaturer af kuldioxid ved spektrale bølgelængder på 4.25 og 4.27 mikron vakte særlig opmærksomhed. Mens sidstnævnte er den forventede infrarøde emission af ren kuldioxid-is, foreslår førstnævnte en blanding af kuldioxid og andre molekyler.

Et af holdene, ledet af Geronimo Villanueva fra NASAs Goddard Space Flight Center, identificerede denne blanding som vandis fyldt med kuldioxid og methanol. Spændende nok tyder laboratorieforsøg på, at signaturen på 4.25 mikron kan stamme fra salte, der bringes til overfladen fra havet og bliver bestrålet. Kuldioxid-vand-is-methanol-blandingen danner derefter enten en tynd film omkring saltkrystallerne eller er fanget inde i dem.

En uroprindelse

Forholdet mellem kulstof-12 og kulstof-13 isotoper på Europa er også af stor interesse. Villanuevas hold målte dette forhold til 83 (+/–19), og placerede det fast inden for grænserne af forhold målt på Saturns måner, den nær-jordiske asteroide Ryugu besøgt af Japans Hayabusa-2-mission og Jorden, som har en kulstof-12 til kulstof-13 forhold på 89 for uorganisk kulstof (det vil sige kulstof ikke bundet til brint). Dette fællestræk antyder, at i modsætning til vand, som forekommer i forskellige isotopforhold på forskellige legemer, kommer kulstoffet, der er indbygget i verdener og måner i vores solsystem, fra den samme kilde.

"De isotopiske værdier, inden for den nøjagtighed, vi opnåede, er faktisk i overensstemmelse med værdierne for andre måner og også for nogle oprindelige materialer," fortæller Villanueva Fysik verden.

Som sådan giver målinger af Europas kulstof mere information om sammensætningen og fordelingen af ​​materialer i protostjerneskiven, der dannede solsystemet for omkring 4.5 milliarder år siden.

Et oxideret hav

andet hold, bestående af Samantha Trumbo fra Cornell University og Michael Brown fra California Institute of Technology, med fokus på oprindelsen af ​​Europas kulstof. Da JWST ikke opdagede nogen komplekse organiske molekyler på Europas overflade, siger Trumbo og Brown, at dette eliminerer enhver chance for, at kuldioxiden dannet via fotodissociation af disse organiske stoffer, da strålingsmiljøet omkring Jupiter bryder dem fra hinanden. I stedet tyder observationerne på, at kulstoffet allerede var i form af kuldioxid, da det nåede overfladen, hvilket tyder på, at denne kuldioxid derfor skal være opløst i havet.

På dette grundlag trak Trumbo og Brown nogle generelle konklusioner om tilstanden i Europas ocean. De antyder, at havet er stærkt oxideret, hvilket er i overensstemmelse med modeller, der skildrer den nedadgående bevægelse gennem isen af ​​oxidanter såsom molekylær oxygen og hydrogenperoxid, der dannes i strålingsmiljøet på overfladen. Selv NIRSpecs stærke øje kunne dog ikke afgøre, om kuldioxiden kom fra levende organismer. "Flere målinger og højere nøjagtigheder vil være nødvendige for yderligere at etablere dannelses- og udviklingsprocesserne for det observerede kulstof på Europa," er Villanueva enig.

Noget andet, der vil kræve flere målinger, er vandfanerne, der sprøjter højt over Europas overflade. Selvom Hubble-rumteleskopet har opdaget sådanne faner ved tre lejligheder i løbet af de sidste 10 år, så JWST ingen under sine observationer i november 2022. Selvom dette ikke betyder, at fanerne ikke er ægte, sætter den en øvre grænse på 300 kg. sekund på middelhastigheden af ​​materiale, der spyr ud. Det betyder også, at fanerne, hvis de findes, skal være intermitterende.

Yderligere information vil sandsynligvis ankomme inden for det næste årti, med European Space Agency's Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) skal udføre to forbiflyvninger af Europa, når det ankommer til det jovianske system i 2031. NASA's europa klipper Missionen skal også sejle til Jupiter i 2024 med en planlagt ankomstdato i 2030. JWST's observationer vil spille en afgørende rolle i at bestemme, hvor og hvad de to missioner skal studere på Europas overflade.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden