Es gibt Hinweise auf einen kohlenstoffreichen Ozean auf Europa – Physics World

Planetenforscher in den USA haben den Kohlenstoff auf der Oberfläche des Jupitermondes Europa bis zum eisigen Ozean darunter zurückverfolgt und dabei neue Informationen über die Natur und den Ursprung des Ozeans enthüllt. Die Entdeckung weckt bei Astrobiologen die Hoffnung, dass der Kohlenstoff, der in Form von Kohlendioxid vorliegt, aus biologischen Prozessen unter dem Eis stammen könnte. Eine Suche nach Wasserfahnen, die aus der Oberfläche Europas hervorbrechen, blieb jedoch erfolglos, und die an den Beobachtungen beteiligten Wissenschaftler sagen, dass bessere Messungen erforderlich sein werden, um zwischen biologischen und geologischen Kohlenstoffquellen zu unterscheiden.

Wir wissen, dass es auf Europa einen Ozean gibt, dank der riesigen Magnetosphäre des Jupiter, die im flüssigen Salzwasser ein Magnetfeld induziert. Astrobiologen spekulieren seit Jahren über die Bewohnbarkeit dieses Ozeans, aber er ist schwer zu untersuchen, da er unter der 23–47 Kilometer dicken Eisschale des Mondes begraben liegt.

Kohlenstoff-Chaos

Anstatt sich durch das Eis zu graben, um den Ozean direkt zu untersuchen, nutzten die neuesten Studien die Nahinfrarotkamera (NIRCam) und das Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) am James Webb Space Telescope (JWST), um den Ozean näher an uns heranzubringen. Zu den Merkmalen auf der Oberfläche Europas gehören Regionen voller unregelmäßig geformter Blöcke, die von verfärbten Graten durchzogen sind. Diese als Chaos-Terrain bekannten Regionen wurden als Orte interpretiert, an denen Material aus dem Ozean aufsteigt und an die Oberfläche gelangt. Hier suchten Wissenschaftler in zwei getrennten Teams nach Beweisen für die Zusammensetzung des Ozeans.

Die Daten zeigten vier starke spektrale Signaturen von Kohlendioxid in Tara Regio, einem 1,800 Kilometer breiten Gebiet mit Chaos-Terrain auf Europas führender Hemisphäre. Die Wissenschaftler identifizierten auch ein schwächeres Kohlendioxidsignal in einem anderen Chaosgebiet namens Powys Regio.

Besondere Aufmerksamkeit erregten Signaturen von Kohlendioxid bei spektralen Wellenlängen von 4.25 und 4.27 Mikrometern. Während es sich bei Letzterem um die erwartete Infrarotemission von reinem Kohlendioxideis handelt, deutet Ersteres auf eine Mischung aus Kohlendioxid und anderen Molekülen hin.

Eines der Teams, geführt von Geronimo Villanueva Forscher des Goddard Space Flight Center der NASA identifizierten diese Mischung als mit Kohlendioxid und Methanol angereichertes Wassereis. Interessanterweise deuten Laborexperimente darauf hin, dass die 4.25-Mikrometer-Signatur von Salzen herrühren könnte, die aus dem Ozean an die Oberfläche gebracht und verstrahlt werden. Das Kohlendioxid-Wasser-Eis-Methanol-Gemisch bildet dann entweder einen dünnen Film um die Salzkristalle oder wird in ihnen eingeschlossen.

Ein ursprünglicher Ursprung

Das Verhältnis von Kohlenstoff-12- zu Kohlenstoff-13-Isotopen auf Europa ist ebenfalls von großem Interesse. Villanuevas Team maß dieses Verhältnis mit 83 (+/–19) und lag damit klar innerhalb der Grenzen der Verhältnisse, die auf Saturnmonden, dem erdnahen Asteroiden Ryugu, der von der japanischen Hayabusa-2-Mission besucht wurde, und der Erde, die Kohlenstoff-12 aufweist, gemessen wurden Verhältnis von Kohlenstoff zu Kohlenstoff-13 von 89 für anorganischen Kohlenstoff (d. h. Kohlenstoff, der nicht an Wasserstoff gebunden ist). Diese Gemeinsamkeit legt nahe, dass der in den Welten und Monden unseres Sonnensystems eingebaute Kohlenstoff im Gegensatz zu Wasser, das auf verschiedenen Körpern in unterschiedlichen Isotopenverhältnissen vorkommt, aus derselben Quelle stammt.

„Die Isotopenwerte stimmen im Rahmen der von uns erreichten Genauigkeit tatsächlich mit denen anderer Monde und auch einiger Urmaterialien überein“, erzählt Villanueva Physik-Welt.

Daher liefern Messungen des Kohlenstoffs Europas mehr Informationen über die Zusammensetzung und Verteilung der Materialien in der protostellaren Scheibe, die vor etwa 4.5 Milliarden Jahren das Sonnensystem bildete.

Ein oxidierter Ozean

Das zweite Mannschaft, bestehend aus Samantha Trumbo der Cornell University und Michael Brown vom California Institute of Technology, der sich mit den Ursprüngen des europäischen Kohlenstoffs beschäftigte. Da das JWST keine komplexen organischen Moleküle auf der Oberfläche Europas entdeckte, schließt dies laut Trumbo und Brown jede Möglichkeit aus, dass das Kohlendioxid, das durch Photodissoziation dieser organischen Moleküle entsteht, wenn die Strahlungsumgebung um Jupiter sie auseinanderbricht. Stattdessen deuten die Beobachtungen darauf hin, dass der Kohlenstoff bereits in Form von Kohlendioxid vorlag, als er die Oberfläche erreichte, was darauf hindeutet, dass dieses Kohlendioxid daher im Ozean gelöst sein muss.

Auf dieser Grundlage zogen Trumbo und Brown einige allgemeine Schlussfolgerungen über den Zustand des europäischen Ozeans. Sie legen nahe, dass der Ozean stark oxidiert ist, was mit Modellen übereinstimmt, die die Abwärtsbewegung von Oxidationsmitteln wie molekularem Sauerstoff und Wasserstoffperoxid durch das Eis darstellen, die sich in der Strahlungsumgebung an der Oberfläche gebildet haben. Allerdings konnte selbst das scharfe Auge von NIRSpec nicht feststellen, ob das Kohlendioxid von lebenden Organismen stammte. „Weitere Messungen und höhere Genauigkeiten werden erforderlich sein, um die Entstehungs- und Entwicklungsprozesse des beobachteten Kohlenstoffs auf Europa weiter zu etablieren“, stimmt Villanueva zu.

Die Europäische Weltraumorganisation startet die JUICE-Mission zum Jupiter und seinen Monden

Etwas anderes, das weitere Messungen erfordert, sind die Wasserwolken, die hoch über der Oberfläche Europas sprühen. Obwohl das Hubble-Weltraumteleskop in den letzten 10 Jahren dreimal solche Fahnen entdeckte, entdeckte das JWST bei seinen Beobachtungen im November 2022 keine. Das bedeutet zwar nicht, dass die Fahnen nicht real sind, legt aber eine Obergrenze von 300 Kilogramm fest pro Sekunde auf die durchschnittliche Rate des austretenden Materials. Es bedeutet auch, dass die Federn, sofern vorhanden, intermittierend sein müssen.

Weitere Informationen dürften innerhalb des nächsten Jahrzehnts bei der Europäischen Weltraumorganisation eintreffen Jupiter-Eismond-Explorer (JUICE) soll zwei Vorbeiflüge an Europa durchführen, sobald es im Jupitersystem im Jahr 2031 ankommt. NASA Europa Clipper Außerdem soll die Mission im Jahr 2024 zum Jupiter aufbrechen und voraussichtlich im Jahr 2030 ankommen. Die Beobachtungen des JWST werden eine entscheidende Rolle dabei spielen, zu bestimmen, wo und was die beiden Missionen auf der Oberfläche Europas untersuchen sollen.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/evidence-emerges-for-a-carbon-rich-ocean-on-europa/